特許 7474981 光学フィルタ、赤外線センサ及び発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】光学フィルタ、赤外線センサ及び発光装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/22 20060101AFI20240419BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20240419BHJP

【ＦＩ】

G02B5/22

G01J1/02 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023500797

(86)(22)【出願日】2022-02-10

(86)【国際出願番号】 JP2022005316

(87)【国際公開番号】W WO2022176769

(87)【国際公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】P 2021025009

(32)【優先日】2021-02-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(74)【代理人】

【識別番号】100141449

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 隆芳

(74)【代理人】

【識別番号】100142446

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 覚

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 達郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 夏希

(72)【発明者】

【氏名】栗副 直樹

(72)【発明者】

【氏名】澤 亮介

【審査官】渡邊 吉喜

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１９５１８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２４０２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０７３２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９６６２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／２２

Ｇ０１Ｊ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水に対する溶解度が０．４ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以下である無機物質によって構成されたマトリックスと、
前記マトリックス内に分散された波長選択吸収材料と、
を備える光学フィルタであって、
前記光学フィルタは０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域におけるいずれかの帯域の波長を有する光成分を吸収し、
空気中で１００℃から１０℃／分の速度で加熱した場合において、前記波長選択吸収材料の質量減少率が１０質量％となる温度は９００℃以下であり、
前記マトリックスの真密度に対する前記光学フィルタの見掛け密度は７０％以上であり、
前記対象波長帯域において、前記光学フィルタの厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は５０ｎｍ以上である、光学フィルタ。

【請求項2】

前記質量減少率が１０質量％となる温度は６００℃以下である、請求項１に記載の光学フィルタ。

【請求項3】

前記質量減少率が１０質量％となる温度は３００℃以下である、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。

【請求項4】

前記マトリックスを構成する無機物質は、フッ化物、酸化物及び酸化水酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項5】

３μｍ～１０μｍの対象波長帯域において、前記直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は３００ｎｍ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項6】

３μｍ～１０μｍの対象波長帯域において、前記直線透過率が１％以下である波長帯域幅は３００ｎｍ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項7】

３μｍ～１０μｍの対象波長帯域において、前記直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は３００ｎｍ以上であり、前記直線透過率が１％以下である波長帯域幅は３００ｎｍ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項8】

前記無機物質はフッ化リチウムを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項9】

前記無機物質はフッ化物を含み、前記波長選択吸収材料はフッ素樹脂を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項10】

８μｍ～２０μｍの波長帯域全体において、前記直線透過率は１０％以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学フィルタ。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える、赤外線センサ。

【請求項12】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学フィルタを備える、発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学フィルタ、赤外線センサ及び発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、赤外線センサは、例えば炎センサ又は人感センサに使用されている。このような赤外線センサは、炎又は人などから発せられる特定の波長を有する赤外線を受光することで炎又は人の存在を検知している。しかしながら、赤外線センサは、上記検知対象以外の物から発せられ、上記検知対象とは異なる波長の光成分も検知する。したがって、ノイズの原因となる光成分を除去するため、赤外線センサには、特定波長の赤外線のみを選択的に透過する光学フィルタが用いられている。

【0003】

このような光学フィルタとして、特許文献１には、樹脂と、樹脂中に均一分散され、赤外線に対して特定の波長帯域のみを選択的に透過する無機化合物粒子とを含む、粒子分散型複合赤外線バンドパスフィルタが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭６３－０７３２０３号公報

【発明の概要】

【0005】

従来技術では、樹脂と無機化合物粒子との組み合わせを選択することにより、透過波長帯域の選択範囲が広いバンドパスフィルタを容易に製造することを特徴としている。しかしながら、樹脂は紫外線に曝されたりすることによって劣化することが知られている。そのため、従来のバンドパスフィルタでは、時間の経過によって光学特性が変化するおそれがあり、使用場所などが限定されるおそれがある。

【0006】

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、無機物質によって構成されたマトリックスを備える耐久性に優れた光学フィルタ、赤外線センサ及び発光装置を提供することにある。

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る光学フィルタは、水に対する溶解度が０．４ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ以下である無機物質によって構成されたマトリックスと、マトリックス内に分散された波長選択吸収材料とを備えている。光学フィルタは、０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域におけるいずれかの帯域の波長を有する光成分を吸収する。空気中で１００℃から１０℃／分の速度で加熱した場合において、波長選択吸収材料の質量減少率が１０質量％となる温度は９００℃以下である。マトリックスの真密度に対する光学フィルタの見掛け密度は７０％以上である。対象波長帯域において、光学フィルタの厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は５０ｎｍ以上である。

【0008】

本発明の第二の態様に係る赤外線センサは、上記光学フィルタを備える。

【0009】

本発明の第三の態様に係る発光装置は、上記光学フィルタを備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態に係る光学フィルタの一例を概略的に示す断面図である。

【図2】図２は、図１の光学フィルタを拡大した断面図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る赤外線センサの一例を概略的に示す断面図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略図である。

【図5】図５は、実施例１及び参考例１に係る試験サンプルを透過法で測定した赤外線スペクトルである。

【図6】図６は、メラミンのＴＧ曲線である。

【図7】図７は、実施例２～実施例６及び参考例２に係る試験サンプルを透過法で測定した赤外線スペクトルである。

【図8】図８は、図７の一部を拡大した赤外線スペクトルである。

【図9】図９は、実施例２、実施例７及び参考例２に係る試験サンプルを透過法で測定した赤外線スペクトルである。

【図10】図１０は、図９の一部を拡大した赤外線スペクトルである。

【図11】図１１は、ＰＴＦＥ粉末及びＰＶＤＦ粉末をＡＴＲ法によって測定した赤外線スペクトルである。

【図12】図１２は、ＰＴＦＥ及びＰＶＤＦのＴＧ曲線である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を用いて本実施形態に係る光学フィルタ、赤外線センサ、発光装置及び光学フィルタの製造方法について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

【0012】

［光学フィルタ］
本実施形態の光学フィルタ１は、図１に示すように、マトリックス１０と、波長選択吸収材料２０とを備えている。

【0013】

マトリックス１０は無機物質によって構成されている。そのため、樹脂を使用した場合と比較し、マトリックス１０が時間の経過によって劣化しにくく、赤外線の透過性の高い光学フィルタ１を得ることができる。

【0014】

マトリックス１０を構成する無機物質の水に対する溶解度は０．４（ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ）以下である。無機物質の水に対する溶解度が上記の値以下であることにより、高湿環境下又は水中環境下であっても、光学フィルタ１を安定的に使用することができる。なお、溶解度は、１ａｔｍかつ２５℃の条件で測定したものである。溶解度の単位である「ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ」は、１００ｇの水に溶解する無機物質の質量を意味する。

【0015】

マトリックス１０を構成する無機物質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有している。本明細書において、アルカリ土類金属は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムに加えて、ベリリウム及びマグネシウムを包含する。卑金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、カドミウム、インジウム、すず、水銀、タリウム、鉛、ビスマス及びポロニウムを包含する。半金属は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン及びテルルを包含する。この中でも、無機物質は、リチウムなどのアルカリ金属、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有していることが好ましい。これらの金属元素を含有する無機物質は、後述するように、加圧加熱法により、無機物質に由来する結合部１２を容易に形成することが可能となる。

【0016】

マトリックス１０を構成する無機物質は、例えば、上記金属元素のフッ化物、酸化物、窒化物、水酸化物、酸化水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することが好ましい。無機物質は、上記化合物を主成分として含有することがより好ましい。なお、主成分とは、無機物質が上記化合物を５０ｍｏｌ％以上含有することを意味する。無機物質は、上記化合物を８０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、９０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましい。なお、上述の金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物に加え、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩及びホウ酸塩を包含していてもよい。また、マトリックス１０を構成する無機物質は、上記金属元素を含む複合アニオン化合物であってもよい。複合アニオン化合物は、単一化合物中に複数のアニオンを含む物質であり、例として酸フッ化物、酸塩化物、酸窒化物を挙げることができる。

【0017】

なお、マトリックス１０を構成する無機物質は、フッ化物、酸化物及び酸化水酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。このような無機物質は、水に対する溶解度が低いことから、高湿環境下又は水中環境下であっても、光学フィルタ１を安定的に使用することができる。フッ化物の例としては、フッ化マグネシウム及びフッ化リチウムなどが挙げられる。例えば無機物質がフッ化リチウムを含む場合、１０μｍ以下の波長帯域における光の透過性が高く、緻密性の高い光学フィルタ１を提供することができる。また、酸化物の例としては、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化セリウム及び酸化イットリウムなどが挙げられる。

【0018】

図２に示すように、マトリックス１０は、複数の無機粒子１１を含んでいてもよい。複数の無機粒子１１の各々は互いに結合している。無機粒子１１同士は、点接触の状態であってもよく、無機粒子１１の表面同士が接触した面接触の状態であってもよい。また、マトリックス１０は、複数の無機粒子１１の各々を結合する結合部１２を含んでいてもよい。隣接する無機粒子１１が結合部１２を介して結合することにより、無機粒子１１同士が三次元的に結合するため、機械的強度の高い光学フィルタ１を得ることができる。結合部１２は、無機粒子１１と直接接触していることが好ましい。また、結合部１２は、複数の無機粒子１１の各々の表面の少なくとも一部を覆っていることが好ましく、複数の無機粒子１１の各々の表面全体を覆っていることがより好ましい。これにより、無機粒子１１と結合部１２が強固に結合することから、緻密性及び機械的強度に優れた光学フィルタ１を得ることができる。結合部１２は、隣接する無機粒子１１の間に加えて、無機粒子１１と波長選択吸収材料２０との間、及び、隣接する波長選択吸収材料２０の間に存在していてもよい。

【0019】

無機粒子１１は、上述したようなマトリックス１０を構成する無機物質と同様の無機物質により構成されていてもよい。

【0020】

無機粒子１１を構成する無機物質は、結晶質であってもよく、非晶質であってもよい。無機粒子１１を構成する無機物質は、ガスバリア性又は耐久性の観点からは、結晶質であることが好ましい。また、無機粒子１１を構成する無機物質は、光透過率の観点からは、非晶質であることが好ましい。なお、無機物質が結晶質である場合、無機粒子１１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する結晶質の無機粒子であることがより好ましい。

【0021】

また、無機粒子１１は、ガスバリア性又は耐久性の観点から、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、酸化水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有する結晶質の粒子であることが好ましい。無機粒子１１は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、酸化水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする結晶質の無機粒子であることがより好ましい。無機粒子１１は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、酸化水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを８０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、９０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましく、９５ｍｏｌ％以上含有することがさらに好ましい。なお、無機物質は単結晶であってもよく、多結晶であってもよい。

【0022】

複数の無機粒子１１の平均粒子径は、５０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。無機粒子１１の平均粒子径が５０μｍ以下であることにより、光学フィルタ１の光の透過率が高くなる。また、無機粒子１１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、無機粒子１１同士が強固に結合し、光学フィルタ１の強度を高めることができる。また、無機粒子１１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、後述するように、光学フィルタ１の内部に存在する気孔の割合が３０％以下となることから、光学フィルタ１の強度を高めることが可能となる。複数の無機粒子１１の平均粒子径は、光学フィルタ１の光の透過率を向上させる観点から、３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましく、１０μｍ以下であることが特に好ましい。なお、本明細書において、「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数～数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用する。

【0023】

無機粒子１１の形状は特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、無機粒子１１は、ウィスカー状（針状）の粒子、又は鱗片状の粒子であってもよい。ウィスカー状粒子又は鱗片状粒子は、球状粒子と比べて他の粒子との接触性が高まるため、光学フィルタ１全体の強度を高めることが可能となる。

【0024】

結合部１２は、非晶質の無機化合物を含むことが好ましい。具体的には、結合部１２は、非晶質の無機化合物のみからなる部位であってもよく、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在してなる部位であってもよい。また、結合部１２は、非晶質の無機化合物の内部に結晶質の無機化合物が分散した部位であってもよい。非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在している場合、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とは、同じ化学組成を有していてもよく、互いに異なる化学組成を有していてもよい。

【0025】

無機粒子１１及び結合部１２は同じ金属元素を含有し、当該金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。すなわち、無機粒子１１を構成する無機化合物と、結合部１２を構成する非晶質の無機化合物は、少なくとも同じ金属元素を含有していることが好ましい。また、無機粒子１１を構成する無機化合物と、結合部１２を構成する非晶質の無機化合物は化学組成が同じであってもよく、化学組成が異なっていてもよい。

【0026】

波長選択吸収材料２０は、マトリックス１０内に分散されている。波長選択吸収材料２０は、隣接する無機粒子１１間に存在していてもよく、結合部１２内に存在していてもよい。波長選択吸収材料２０がマトリックス１０内に分散されていることにより、光の入射角に対する依存性が低く、入射角が大きい場合であっても光透過性の高い光学フィルタ１を得ることができる。すなわち、光学フィルタ１に対して斜め方向から光が照射された場合であっても、光学フィルタ１は、特定の光成分を吸収し、その他の光成分を透過することができる。また、マトリックス１０を構成する無機物質のガスバリア性は、樹脂よりも高いため、波長選択吸収材料２０をマトリックス１０内に分散させることにより、波長選択吸収材料２０の酸化を抑制することができる。そのため、空気中で不安定な酸化剤及び還元剤などの材料も波長選択吸収材料２０として使用することができる。

【0027】

なお、屈折率が異なる複数の誘電体が積層された多層膜を基板の表面に設けた干渉フィルタでは、光の入射する角度によって透過波長が変化するおそれがあるため、干渉フィルタの入射面に対して垂直方向に光を透過することが推奨されている。一方、本実施形態に係る光学フィルタ１は、波長選択吸収材料２０がマトリックス１０に分散されている。そのため、透過波長が入射角度に依存しにくく、光学フィルタ１の表面に対して斜め方向から光を入射しても透過波長への影響が小さい。そのため、本実施形態に係る光学フィルタ１によれば、干渉フィルタでは使用することができなかった用途へも展開できる可能性がある。

【0028】

また、カラーガラスフィルタでは、ガラスに特定の波長を有する光成分を吸収する吸収材を分散させているため、透過波長が入射角度に依存しにくい。しかしながら、カラーガラスフィルタでは、ガラスを吸収材に分散させるための成形温度が高い。そのため、このような成形温度に耐えられる材料しか採用することができず、設計自由度が低い。一方、本実施形態に係る光学フィルタ１は、後述するように、加圧加熱法により波長選択吸収材料２０をマトリックス１０内に分散させることができるため、低温で光学フィルタ１を製造することができる。

【0029】

空気中で１００℃から１０℃／分の速度で加熱した場合において、波長選択吸収材料２０の質量減少率が１０質量％となる温度は９００℃以下である。光学フィルタ１は、低温で光学フィルタ１を製造することができるため、波長選択吸収材料２０が耐熱性の低い化合物、又は空気中で不安定な酸化剤及び還元剤などの材料であっても、波長選択吸収材料２０をマトリックス１０内に分散させることができる。質量減少率が１０質量％となる温度は６００℃以下であってもよく、３００℃以下であってもよい。また、質量減少率が１０質量％となる温度は、１００℃以上であってもよい。なお、質量減少率は、ＴＧ（熱重量測定）によって測定することができる。

【0030】

波長選択吸収材料２０は、０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域におけるいずれかの帯域の波長を有する光成分を吸収してもよい。波長選択吸収材料２０がこのような光成分を吸収することにより、光学フィルタ１を例えば赤外線センサなどに用いた場合に、ノイズとなる光成分を除去することができる。なお、対象波長帯域は、１μｍ以上であってもよく、２μｍ以上であってもよく、３μｍ以上であってもよく、７μｍ以上であってもよく、８μｍ以上であってもよい。また、対象波長帯域は、１５μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよく、６μｍ以下であってもよい。

【0031】

波長選択吸収材料２０は、無機化合物、有機化合物及びこれらの化合物が有する水素を重水素に置換した重水素置換体からなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。無機化合物は、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、次亜リン酸カルシウムのような次亜リン酸塩及びホウ酸からなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。有機化合物は、フッ素樹脂、アゾ系金属錯体、トリアリールメタン系化合物、シアニン系化合物、スクアリリウム系化合物、フタロシアニン系化合物、ジチオラート錯体系色素、ジインモニウム塩系化合物、ナフトキノン系化合物、アントラキノン系化合物及びメラミンなどのアミノ化合物からなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。フッ素樹脂は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン－六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン－四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、及びエチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）からなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。また、フッ素樹脂はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であってもよい。これらのフッ素樹脂は汎用的に用いられているため、容易に入手することができる。

【0032】

波長選択吸収材料２０の平均粒子径は、５００ｎｍ以下であってもよい。波長選択吸収材料２０の平均粒子径が５００ｎｍ以下である場合、光の散乱を抑制することができる。波長選択吸収材料２０の平均粒子径の下限は特に限定されないが、波長選択吸収材料２０の平均粒子径は１ｎｍ以上であってもよい。波長選択吸収材料２０の平均粒子径は１０ｎｍ以上であってもよく、１００ｎｍ以上であってもよい。また、波長選択吸収材料２０の平均粒子径は４００ｎｍ以下であってもよく、３００ｎｍ以下であってもよい。

【0033】

マトリックス１０を構成する材料と波長選択吸収材料２０を構成する材料との屈折率差は０．１以下であってもよい。屈折率差が０．１以下である場合、光の散乱を抑制することができる。屈折率差の下限は特に限定されず、屈折率差は０以上であればよい。屈折率差は０．０１以上であってもよく、０．０２以上であってもよい。また、屈折率差は０．０８以下であってもよく、０．０４以下であってもよい。

【0034】

マトリックス１０の真密度に対する光学フィルタ１の見掛け密度（以下、「相対密度」ともいう）は７０％以上である。相対密度が７０％以上であることにより、光学フィルタ１が緻密になり、光学フィルタ１を透過する光量が多くなる。また、相対密度が７０％以上であることにより、光学フィルタ１が緻密になり、強度が高まる。そのため、光学フィルタ１の機械加工性を向上させることが可能となる。また、気孔を起点として、光学フィルタ１にひび割れが発生することが抑制されるため、光学フィルタ１の曲げ強さを高めることが可能となる。光学フィルタ１の相対密度は、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましく、９５％以上であることが特に好ましい。

【0035】

光学フィルタ１の断面における気孔率は３０％以下であることが好ましい。すなわち、光学フィルタ１の断面を観察した場合、単位面積あたりの気孔の割合の平均値が３０％以下であることが好ましい。気孔率が３０％以下の場合、光学フィルタ１を透過する光量が多くなる。また、気孔率が３０％以下の場合、光学フィルタ１が緻密になり、強度が高まる。そのため、光学フィルタ１の機械加工性を向上させることが可能となる。また、気孔率が３０％以下の場合には、気孔を起点として、光学フィルタ１にひび割れが発生することが抑制されるため、光学フィルタ１の曲げ強さを高めることが可能となる。なお、光学フィルタ１の断面における気孔率は２０％以下であることがより好ましく、１０％以下であることがさらに好ましく、５％以下であることが特に好ましい。光学フィルタ１の断面における気孔率が小さいほど、気孔を起点としたひび割れが抑制されるため、光学フィルタ１の強度を高めることが可能となる。

【0036】

本明細書において、気孔率は次のように求めることができる。まず、光学フィルタ１の断面を観察し、マトリックス１０及び気孔を判別する。そして、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積とを測定し、単位面積あたりの気孔の割合を求め、その値を気孔率とする。なお、光学フィルタ１の断面に対し、単位面積あたりの気孔の割合を複数箇所で求めた後、単位面積あたりの気孔の割合の平均値を気孔率とすることがより好ましい。光学フィルタ１の断面を観察する際には、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いることができる。また、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積は、顕微鏡で観察した画像を二値化することにより測定してもよい。

【0037】

光学フィルタ１の内部に存在する気孔の大きさは特に限定されないが、可能な限り小さい方が好ましい。気孔の大きさが小さいことにより、気孔を起点としたひび割れが抑制されるため、光学フィルタ１の強度を高め、光学フィルタ１の機械加工性を向上させることが可能となる。また、気孔の大きさが小さいことにより、光散乱が抑制されるため、透過率を高めることができる。なお、光学フィルタ１の気孔の大きさは、５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。光学フィルタ１の内部に存在する気孔の大きさは、上述の気孔率と同様に、光学フィルタ１の断面を顕微鏡で観察することにより、求めることができる。

【0038】

光学フィルタ１において、複数の無機粒子１１の体積割合は３０％以上であることが好ましい。この場合、得られる光学フィルタ１は、無機粒子１１の特性を活用しやすい構造体となる。光学フィルタ１において、複数の無機粒子１１の体積割合は、４０％以上であることがより好ましく、５０％以上であることがさらに好ましい。無機粒子１１の体積割合は結合部１２の体積割合よりも大きいことが好ましい。

【0039】

光学フィルタ１における波長選択吸収材料２０の体積割合は、光学フィルタ１の透過特性などにもよるが、０．１体積％以上３０体積％以下であることが好ましい。波長選択吸収材料２０の体積割合が０．１体積％以上であることにより、光学フィルタ１で吸収される光の量を向上させることができる。また、波長選択吸収材料２０の体積割合が３０体積％以下であることにより、光学フィルタ１の機械的特性を向上させることができる。波長選択吸収材料２０の体積割合は０．２体積％以上であることがより好ましく、０．５体積％以上であることがさらに好ましい。また、波長選択吸収材料２０の体積割合は１５体積％以下であることがより好ましく、１０体積％以下であることがさらに好ましく、５体積％以下であることが特に好ましい。

【0040】

光学フィルタ１は、０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域におけるいずれかの帯域の波長を有する光成分を吸収する。光学フィルタ１がこのような光成分を吸収することにより、光学フィルタ１を例えばセンサなどに用いた場合に、ノイズとなる光成分を光学フィルタ１によって除去することができる。なお、対象波長帯域は、１μｍ以上であってもよく、２μｍ以上であってもよく、３μｍ以上であってもよい。また、対象波長帯域は、１５μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であってもよく、６μｍ以下であってもよい。

【0041】

０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域において、光学フィルタ１の厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は５０ｎｍ以上である。光学フィルタ１がこのような特性を有することにより、対象波長帯域において、一部の光成分をカットしつつ、一部の光成分を透過することができる。これにより、光学フィルタ１を例えば赤外線センサなどに用いた場合に、ノイズとなる光成分を光学フィルタ１によって除去し、検知したい光成分を赤外線センサに到達させることができる。したがって、ノイズが少なく、感度の高い赤外線センサを得ることができる。なお、直線透過率が３０％以上となる波長帯域幅は１００ｎｍ以上であってもよく、３００ｎｍ以上であってもよく、５００ｎｍ以上であってもよい。また、直線透過率が３０％以上となる波長帯域幅は５０００ｎｍ以下であってもよく、３０００ｎｍ以下であってもよく、１０００ｎｍ以下であってもよい。また、直線透過率は３５％以上であってもよく、４０％以上であってもよい。直線透過率の上限は特に限定されず、例えば１００％である。

【0042】

０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域において、光学フィルタ１の厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が１％以下である波長帯域幅は５０ｎｍ以上であることが好ましい。光学フィルタ１がこのような特性を有することにより、光学フィルタ１を例えば赤外線センサなどに用いた場合に、ノイズとなる光成分を大幅にカットすることができる。したがって、ノイズが少なく、感度の高い赤外線センサを得ることができる。なお、直線透過率が１％以下となる波長帯域幅は１００ｎｍ以上であってもよく、３００ｎｍ以上であってもよく、５００ｎｍ以上であってもよい。直線透過率が１％以下となる波長帯域幅は１００００ｎｍ以下であってもよく、５０００ｎｍ以下であってもよく、３０００ｎｍ以下であってもよく、１０００ｎｍ以下であってもよい。また、直線透過率は０．５％以下であってもよく、０．２％以下であってもよい。直線透過率の下限は特に限定されず、例えば０％である。

【0043】

具体的には、３μｍ～１０μｍの対象波長帯域において、直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は３００ｎｍ以上であることが好ましい。また、３μｍ～１０μｍの対象波長帯域において、直線透過率が１％以下である波長帯域幅は３００ｎｍ以上であることが好ましい。また、３μｍ～１０μｍの対象波長帯域において、直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は３００ｎｍ以上であり、直線透過率が１％以下である波長帯域幅は３００ｎｍ以上であることも好ましい。これらのような光学フィルタ１は、このような光学フィルタ１は、バンドパスフィルタ又はバンドカットフィルタとして有用である。

【0044】

また、光学フィルタ１において、８μｍ～２０μｍの波長帯域全体における直線透過率は１０％以下であってもよい。このような光学フィルタ１は、長波長帯域の波長をカットするフィルタとして用いることができる。このようなフィルタは長波長領域のノイズを低減することができるため、例えば赤外センサに用いた場合に、誤検知を抑制することができる。また、このような広い波長帯域をカットすることにより、赤外線センサなどの機器の設計自由度を高くすることができる。８μｍ～２０μｍの波長帯域全体における直線透過率は８％以下であってもよく、５％以下であってもよく、２％以下であってもよく、１％以下であってもよい。

【0045】

また、光学フィルタ１において、７μｍ～２０μｍの波長帯域全体における直線透過率は１０％以下であってもよい。これにより、上記のような長波長帯域の波長をさらにカットする光学フィルタ１を提供することができる。７μｍ～２０μｍの波長帯域全体における直線透過率は９％以下であってもよく、６％以下であってもよく、４％以下であってもよく、１％以下であってもよい。

【0046】

無機物質はフッ化物を含み、波長選択吸収材料２０はフッ素樹脂を含んでいてもよい。これにより、例えば上記のような長波長帯域の波長をカットする光学フィルタ１を提供することができる。フッ素樹脂はＣ－Ｆ結合を有し、８μｍ～９μｍの波長帯域における光を吸収するため、フッ化物のマトリックス１０と組み合わせることにより、例えば上記のような長波長帯域の特定波長をカットする光学フィルタ１を提供することができる。フッ化物は上述したものを用いることができ、例えばフッ化リチウムであってもよい。また、フッ素樹脂は上述したものを用いることができ、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であってもよい。また、ＰＶＤＦは８μｍ～９μｍの波長帯域の光成分を吸収することから、フッ素樹脂はＰＶＤＦであってもよい。

【0047】

直線透過率は、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）装置で透過法によって光学フィルタ１を測定することで得ることができる。赤外線透過スペクトルの直線透過率は、厚さ１ｍｍにおける直線透過率となるように、ランベルト・ベールの法則に基づいて換算される。また、波長帯域幅は、対象波長帯域において、直線透過率が所定の値以上又は以下となる波長帯域幅を測定することによって得ることができる。波長帯域幅は、直線透過率が連続して所定の値以上又は以下となる波長帯域幅であってもよく、直線透過率が連続的及び断続的に所定の値以上又は以下となる波長帯域幅の合計波長帯域幅であってもよい。すなわち、波長帯域幅は、対象波長帯域において、直線透過率が所定の値以上となる合計波長帯域幅、又は所定の値以下となる合計波長帯域幅である。したがって、直線透過率が断続的に所定の値以上又は以下となる場合、直線透過率が所定の値以上又は以下となる波長帯域は対象波長帯域においてそれぞれ離れていてもよい。なお、波長帯域幅は、直線透過率が連続して所定の値以上又は以下となる波長帯域幅であることが好ましい。具体的には、対象波長帯域において、光学フィルタ１の厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が連続して３０％以上である波長帯域幅は５０ｎｍ以上であってもよい。また、対象波長帯域において、直線透過率が連続して１％以下である波長帯域幅は３００ｎｍ以上であってもよい。

【0048】

光学フィルタ１の厚みｔは特に限定されないが、例えば１００μｍ以上とすることができる。本実施形態の光学フィルタ１は、後述するように、加圧加熱法により形成される。そのため、厚みの大きな光学フィルタ１を容易に得ることができる。なお、光学フィルタ１の厚みは５００μｍ以上とすることができ、１ｍｍ以上とすることができ、１ｃｍ以上とすることもできる。光学フィルタ１の厚みの上限は特に限定されないが、例えば５０ｃｍとすることができる。

【0049】

以上のように、光学フィルタ１は、水に対する溶解度が０．４（ｇ／１００ｇ－Ｈ_２Ｏ）以下である無機物質によって構成されたマトリックス１０と、マトリックス１０内に分散された波長選択吸収材料２０とを備えている。光学フィルタ１は、０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域におけるいずれかの帯域の波長を有する光成分を吸収する。空気中で１００℃から１０℃／分の速度で加熱した場合において、波長選択吸収材料２０の質量減少率が１０質量％となる温度は９００℃以下である。マトリックス１０の真密度に対する光学フィルタ１の見掛け密度は７０％以上である。対象波長帯域において、光学フィルタ１の厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は５０ｎｍ以上である。上述したように、光学フィルタ１は、無機物質によって構成されたマトリックス１０を備えているため、耐久性に優れている。

【0050】

また、マトリックス１０は、樹脂と比較してガスバリア性が高い無機物質によって構成されており、波長選択吸収材料２０はマトリックス１０内に分散されている。また、光学フィルタ１の見掛け密度に対するマトリックス１０の相対密度も高く、緻密である。そのため、本実施形態に係る光学フィルタ１は、波長選択吸収材料２０を外部空間に存在する空気などから保護することができる。したがって、これまで利用することができなかったような、酸素又は水に対して安定性が低い材料を波長選択吸収材料２０として使用することができる可能性がある。

【0051】

［赤外線センサ］
次に、本実施形態に係る赤外線センサ１００について図３を用いて説明する。赤外線センサ１００は、図３に示すように、上述した光学フィルタ１を備えている。また、赤外線センサ１００は、赤外線検出素子１１０と、ＩＣ素子１２０と、基板１３０と、金属ケース１５０とを備えている。

【0052】

赤外線検出素子１１０とＩＣ素子１２０とはダイボンド材１３１によって基板１３０に実装されている。赤外線検出素子１１０とＩＣ素子１２０とはワイヤ１４０によって相互に電気的に接続されている。また、赤外線検出素子１１０は、ワイヤ１４０によって基板１３０の図示せぬ電気回路配線に接続されている。

【0053】

赤外線検出素子１１０は、赤外線を受光し、受光した赤外線の熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、受光した赤外線の量に応じた電気信号をＩＣ素子１２０に出力する。赤外線検出素子１１０は、焦電素子、サーモパイル型の赤外線検出素子若しくはボロメータ型の赤外線検出素子のような熱型赤外線検出素子、又は量子型赤外線検出素子を用いることができる。

【0054】

ＩＣ素子１２０は、赤外線検出素子１１０から出力された電気信号を増幅する増幅回路と、増幅回路で増幅された電気信号が閾値を超えた場合に炎が存在すると判定する判定回路とを含んでいる。

【0055】

金属ケース１５０は基板１３０に取り付けられている。金属ケース１５０は赤外線検出素子１１０及びＩＣ素子１２０の周囲を取り囲んでおり、基板１３０及び金属ケース１５０によって赤外線検出素子１１０及びＩＣ素子１２０は密封されている。金属ケース１５０は、上壁１５１と側壁１５２とを含んでいる。上壁１５１には開口部が設けられており、開口部は光学フィルタ１によって覆われている。光学フィルタ１は、赤外線検出素子１１０と対向するように配置されており、光学フィルタ１を通過した赤外線を受光するように赤外線検出素子１１０は基板１３０に設けられている。側壁１５２は上壁１５１の縁部と基板１３０の縁部とを接続している。

【0056】

炎などから発せられた赤外線は光学フィルタ１を通過し、赤外線検出素子１１０によって受光される。赤外線検出素子１１０は、赤外線の受光量に応じた電気信号をＩＣ素子１２０に出力する。ＩＣ素子１２０は、上記電気信号に応じて炎が存在するか判定する。このようにして、赤外線センサ１００は、炎から発せられる赤外線を利用して炎を検知することができる。

【0057】

なお、本実施形態では、炎を検知するための炎センサに赤外線センサ１００を用いる例について説明したが、赤外線センサ１００の用途はこのような形態に限定されない。赤外線センサ１００は、人感センサ、生体センサ、防犯センサ、ガスセンサ、非接触温度計、固体撮像装置又はカメラモジュールなどにも用いることもできる。

【0058】

［発光装置］
次に、本実施形態に係る発光装置２００について図４を用いて説明する。発光装置２００は、図４に示すように、上述の光学フィルタ１を備えている。また、発光装置２００は光学フィルタ１に赤外線を含む光を照射する光源２１０を備えている。光源２１０は、ＬＥＤ、キセノンランプ、レーザーダイオード及びこれらの組み合わせを含んでいてもよい。

【0059】

発光装置２００は光学フィルタ１を備えているため、光源２１０から照射される赤外線の一部を光学フィルタ１でカットすることができる。そのため、本実施形態に係る発光装置２００によれば、特定の波長を有する光を照射することができる。発光装置２００は、例えば、検査用発光装置、監視カメラ用発光装置、脱毛用発光装置、赤外線硬化型樹脂を硬化するための発光装置などに用いることができる。

【0060】

［光学フィルタの製造方法］
次に、本実施形態に係る光学フィルタ１の製造方法について説明する。光学フィルタ１は、無機物質の粒子と波長選択吸収材料との混合物を、溶媒を含んだ状態で加圧して加熱することにより製造することができる。このような加圧加熱法を用いることにより、無機物質の一部が溶出して無機物質同士が互いに結合するため、波長選択吸収材料２０が内部に分散した光学フィルタ１を形成することができる。

【0061】

具体的には、まず、無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末を混合して混合粉末を調製する。無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末の混合方法は特に限定されず、乾式又は湿式で行うことができる。また、無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末は空気中で混合してもよく、不活性雰囲気下で混合してもよい。当該混合物の調製方法としては、まず、波長選択吸収材料と溶媒とを混合する。波長選択吸収材料は溶媒に溶解させてもよく、溶解させなくてもよい。そして、波長選択吸収材料と溶媒との混合物に、無機物質の粉末を添加することにより、無機物質と波長選択吸収材料と溶媒とを含む混合物を調製してもよい。

【0062】

次に、混合粉末に溶媒を添加する。溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、混合粉末を加圧及び加熱した際に、無機物質の一部を溶解することが可能なものを用いることができる。また、溶媒としては、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成することが可能なものを用いることができる。このような溶媒としては、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、水、アルコール、ケトン及びエステルからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。酸性水溶液としては、ｐＨ１～３の水溶液を用いることができる。アルカリ性水溶液としては、ｐＨ１０～１４の水溶液を用いることができる。酸性水溶液としては、有機酸の水溶液を用いることが好ましい。また、アルコールとしては、炭素数が１～１２のアルコールを用いることが好ましい。

【0063】

次いで、無機物質と波長選択吸収材料と溶媒とを含む混合物を、金型の内部に充填する。当該混合物を金型に充填した後、必要に応じて金型を加熱してもよい。そして、金型の内部の混合物に圧力を加えることにより、金型の内部が高圧状態となる。この際、無機物質及び波長選択吸収材料が緻密化すると同時に、無機物質の粒子同士が互いに結合する。

【0064】

ここで、溶媒として、無機物質の一部を溶解するものを用いた場合、高圧状態では、無機物質を構成する無機化合物が溶媒に溶解する。溶解した無機化合物は、無機物質と波長選択吸収材料との間の空隙、無機物質の間の空隙、及び波長選択吸収材料の間の空隙に浸入する。そして、この状態で混合物中の溶媒を除去することにより、無機物質と波長選択吸収材料との間、無機物質の間及び波長選択吸収材料の間に、無機物質に由来する連結部が形成される。また、溶媒として、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成するものを用いた場合、高圧状態では、無機物質を構成する無機化合物が溶媒と反応する。そして、反応により生成した他の無機物質が、無機物質と波長選択吸収材料との間の空隙、無機物質の間の空隙、及び波長選択吸収材料の間の空隙に充填され、他の無機物質に由来する連結部が形成される。

【0065】

無機物質と波長選択吸収材料と溶媒とを含む混合物の加熱加圧条件は、溶媒として、無機物質の一部を溶解するものを用いた場合、無機物質の表面の溶解が進行するような条件であれば特に限定されない。また、当該混合物の加熱加圧条件は、溶媒として、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成するものを用いた場合、無機物質と溶媒との反応が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、無機物質と波長選択吸収材料と溶媒とを含む混合物を、５０～３００℃に加熱した後、１０～６００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。なお、無機物質と波長選択吸収材料と溶媒とを含む混合物を加熱する際の温度は、８０～２５０℃であることがより好ましく、１００～２００℃であることがさらに好ましい。また、無機物質と波長選択吸収材料と溶媒とを含む混合物を加圧する際の圧力は、５０～６００ＭＰａであることがより好ましい。

【0066】

そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、光学フィルタ１を得ることができる。なお、無機物質と波長選択吸収材料との間、無機物質の間及び波長選択吸収材料の間に形成された、無機物質に由来する連結部は、上述の結合部１２であることが好ましい。

【0067】

ここで、セラミックスからなる無機部材の製造方法としては、焼結法が知られている。焼結法は、無機物質からなる固体粉末の集合体を融点よりも低い温度で加熱することにより、焼結体を得る方法である。ただ、焼結法では、例えば１０００℃以上に固体粉末を加熱する。そのため、焼結法を用いて無機物質と波長選択吸収材料からなる複合部材を得ようとしても、高温での加熱により波長選択吸収材料が炭化してしまうため、複合部材が得られない。しかしながら、本実施形態の光学フィルタ１の製造方法では、無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末を混合してなる混合物を、３００℃以下という低温で加熱するため、波長選択吸収材料の炭化が起こり難い。そのため、無機物質からなるマトリックス１０の内部に波長選択吸収材料２０を安定的に分散させることができる。

【0068】

さらに、本実施形態の製造方法では、無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末を混合してなる混合物を、加熱しながら加圧していることから、無機物質が凝集して緻密なマトリックス１０となる。その結果、マトリックス１０内部の気孔が少なくなることから、波長選択吸収材料２０の酸化劣化を抑制しつつも、高い強度を有する光学フィルタ１を得ることができる。

【0069】

このように、光学フィルタ１の製造方法は、無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末を混合して混合物を得る工程と、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒を混合物に添加した後、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。または、光学フィルタ１の製造方法は、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒に、波長選択吸収材料を混合する工程と、波長選択吸収材料を含んだ溶媒に無機物質の粉末を混合して混合物を得る工程と、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。そして、混合物の加熱加圧条件は、５０～３００℃の温度で、１０～６００ＭＰａの圧力とすることが好ましい。本実施形態の製造方法では、このような低温条件下で光学フィルタ１を成形することから、波長選択吸収材料２０の炭化を抑制して、着色されたセラミックス部材を得ることができる。なお、上記方法では、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒を混合物に添加している。しかしながら、本実施形態に光学フィルタ１は、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒を混合物に添加しなくてもよい。すなわち、無機物質の粉末と波長選択吸収材料の粉末を混合して得られた混合物を、加圧及び加熱して光学フィルタ１を得てもよい。例えば無機物質としてフッ化リチウムを用いた場合には、高温で塑性変形するため、塑性変形する温度以上における加圧により、緻密な光学フィルタ１を製造することができる。

【実施例】

【0070】

以下、本実施形態を実施例及び参考例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0071】

［試験サンプルの調製］
（実施例１）
まず、無機粒子として、水に対する溶解度が０．１３４ｇ／１００ｍＬであり、平均粒子径が５μｍのフッ化リチウムの粉末（富士フィルム和光純薬株式会社、試薬特級）を準備した。また、波長選択吸収材料として、メラミンの粉末（富士フィルム和光純薬株式会社、試薬特級）を準備した。次いで、フッ化リチウム粉末とメラミン粉末とを、質量比率が９９：１（体積比率が９８．３：１．７）となるように、メノウ乳鉢とメノウ乳棒を用い、アセトンを加えて混合することにより、混合粉末を得た。

【0072】

次に、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に、混合粉末を投入した。さらに、そして、当該混合粉末を、１８０℃、４００ＭＰａ、３０分の条件で加熱及び加圧した。このようにして、円柱状である本例の試験サンプルを得た。

【0073】

（参考例１）
波長選択吸収材料を添加しなかった以外は実施例１と同様に試験サンプルを作製した。すなわち、実施例１で用いたフッ化リチウム粉末を、実施例１と同様に加熱及び加圧した。

【0074】

［評価］
（直線透過率）
まず、上記のようにして得られた試験サンプルをＦＴ－ＩＲ装置で透過法によって測定し、図５に示す赤外線透過スペクトルを得た。なお、赤外線透過スペクトルの直線透過率は、厚さ１ｍｍにおける直線透過率となるように、ランベルト・ベールの法則に基づいて換算されている。

【0075】

図５に示すように、実施例１の試験サンプルでは、参考例１の試験サンプルと比較し、いくつかの帯域で直線透過率が低下しており、波長選択吸収材料によって特定の波長を有する赤外線が吸収されていることが分かる。このことから、波長選択吸収材料が分解せずに試験サンプルに残存していることが分かる。

【0076】

また、図５に示す赤外線スペクトルから、実施例１の試験サンプルの最大透過率は、波長５．７１μｍにおいて５６％であることが分かった。また、直線透過率が最大透過率の１／２（２８％）である帯域は、５．１３μｍ～５．８４μｍであり、半値全幅は７０５ｎｍであった。

【0077】

また、直線透過率が３０％以上である帯域は、５．２１μｍ～５．８３μｍの範囲であり、帯域幅は６２１ｎｍであった。また、少なくとも９．６０μｍ～１０．００μｍの範囲では、直線透過率が連続的に０．４％程度であり、この波長帯域幅は４００ｎｍであった。また、少なくとも６．００～７．００μｍの範囲では、直線透過率が断続的に０．６％程度であった。これらの結果から、実施例１の試験サンプルは、光学フィルタとして有用であることが示唆されている。

【0078】

（ＴＧ（熱重量測定））
ＴＧを実施することにより、メラミンの質量減少率を測定した。なお、サンプルはアルミニウム製の容器に７．１ｍｇ入れ、空気を５０ｍＬ／分で流入させ、１００℃から５６０℃まで１０℃／分の加熱速度で測定した。測定により得られたＴＧ曲線を図６に示す。

【0079】

図６に示すように、メラミンは、２４０℃付近から質量の減少が開始し、２７９℃で質量減少率が５％となり、２９２℃で質量減少率が１０％となった。この結果から、メラミンは、空気中で１００℃から１０℃／分の速度で加熱した場合において、質量減少率が１０％となる温度が３００℃以下であることが分かる。本例では、混合粉末を１８０℃、４００ＭＰａ、３０分の条件で加熱及び加圧しているため、メラミンのような耐熱性が低い材料であっても、無機マトリックス内に分散させることができることが分かる。

【0080】

（相対密度）
実施例１及び参考例１の試験サンプルの相対密度を測定した。具体的には、まず、試験サンプルの体積及び質量を測定し、試験サンプルの見掛け密度を算出した。次に、試験サンプルの見掛け密度を、マトリックスであるフッ化リチウムの真密度で除することにより試験サンプルの相対密度を算出した。

【0081】

上記のようにして相対密度を算出した結果、実施例１の試験サンプルの相対密度は８９％であり、参考例１の試験サンプルの相対密度は９０％であった。すなわち、実施例１の試験サンプルの気孔率は１１％であり、参考例１の試験サンプルの気孔率は１０％であると推定される。これらの結果から、試験サンプルの気孔率は小さく、試験サンプルは緻密な構造となっていることが理解できる。

【0082】

次に、実施例２～実施例７及び参考例２に係る試験サンプルを調製して評価した。

【0083】

［試験サンプルの調製］
（実施例２）
まず、無機粒子として、水に対する溶解度が０．１３４ｇ／１００ｍＬであり、平均粒子径が１μｍのフッ化リチウムの粉末を準備した。また、波長選択吸収材料として、ＰＶＤＦを準備した。次いで、フッ化リチウム粉末とＰＶＤＦ粉末とを、質量比率が９９：１（体積比率９８．５：１．５）となるように、メノウ乳鉢とメノウ乳棒を用い、アセトンを加えて混合することにより、混合粉末を得た。

【0084】

なお、フッ化リチウム粉末は次のようにして作製した。まず、８．９ｇのＬｉＣｌ（富士フィルム和光純薬株式会社 和光特級）を３５ｍｌのイオン交換水に溶解し、ＬｉＣｌ溶液を調製した。また、１２．２ｇのＫＦ（富士フィルム和光純薬株式会社 試薬特級）を３５ｍＬのイオン交換水に溶解し、ＫＦ溶液を調製した。次に、ＬｉＣｌ溶液全量とＫＦ溶液全量とを室温で混合し、マグネティックスターラーで３分間撹拌した。この撹拌液を、孔径０．１μｍのメンブレンフィルタを用いて吸引ろ過し、残渣を乾燥することでフッ化リチウム粉末を得た。

【0085】

ＰＶＤＦは、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ社のＰＶＤＦ（ａｖｅｒａｇｅＭｗ～５３４，０００ ｂｙ ＧＰＣ，ｐｏｗｄｅｒ）を用いた。ＰＶＤＦの平均粒子径は約２００ｎｍである。なお、フッ化リチウムの屈折率が１．３９であり、ＰＶＤＦの屈折率が１．４２であるため、フッ化リチウムとＰＶＤＦとの屈折率差は０．０３である。

【0086】

次に、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１２）の内部に、混合粉末を投入した。そして、当該混合粉末を、２００℃、４００ＭＰａ、１０分の条件で加熱及び加圧した。このようにして、円柱状である本例の試験サンプルを得た。なお、試験サンプルの厚さは１０５３μｍであった。

【0087】

（実施例３）
混合粉末におけるフッ化リチウム粉末とＰＶＤＦ粉末との質量比率を９８：２（体積比率９７．１：２．９）とした以外は、実施例２と同様にして試験サンプルを作製した。なお、試験サンプルの厚さは１０５７μｍであった。

【0088】

（実施例４）
混合粉末におけるフッ化リチウム粉末とＰＶＤＦ粉末との質量比率を９７：３（体積比率９５．６：４．４）とした以外は、実施例２と同様にして試験サンプルを作製した。なお、試験サンプルの厚さは１０１７μｍであった。

【0089】

（実施例５）
混合粉末におけるフッ化リチウム粉末とＰＶＤＦ粉末との質量比率を９６：４（体積比率９４．２：５．８）とした以外は、実施例２と同様にして試験サンプルを作製した。なお、試験サンプルの厚さは１０１４μｍであった。

【0090】

（実施例６）
混合粉末におけるフッ化リチウム粉末とＰＶＤＦ粉末との質量比率を９２：８（体積比率８８．６：１１．４）とした以外は、実施例２と同様にして試験サンプルを作製した。なお、試験サンプルの厚さは１０６４μｍであった。

【0091】

（実施例７）
ＰＶＤＦ粉末に代え、ＰＴＦＥ粉末（株式会社喜多村 ＫＴＬ－１Ｎ）を用いた以外は、実施例２と同様にして試験サンプルを作製した。具体的には、混合粉末におけるフッ化リチウム粉末とＰＴＦＥ粉末との質量比率を９９：１（体積比率９８．４：１．６）とした。なお、試験サンプルの厚さは１１４７μｍであった。

【0092】

（参考例２）
混合粉末におけるフッ化リチウム粉末とＰＶＤＦ粉末との質量比率を１００：０とした以外は、実施例２と同様にして試験サンプルを作製した。なお、試験サンプルの厚さは１０６４μｍであった。

【0093】

［評価］
（直線透過率）
上記のようにして得られた試験サンプルをＦＴ－ＩＲ装置で透過法によって測定し、図７～図１０に示す赤外線透過スペクトルを得た。なお、赤外線透過スペクトルの直線透過率は、厚さ１ｍｍにおける直線透過率となるように、ランベルト・ベールの法則に基づいて換算されている。

【0094】

図７～図１０に示すように、実施例２～実施例７の試験サンプルでは、参考例２の試験サンプルと比較し、いくつかの帯域で直線透過率が低下しており、波長選択吸収材料によって特定の波長を有する赤外線が吸収されていることが分かる。このことから、波長選択吸収材料が分解せずに試験サンプルに残存していることが分かる。

【0095】

また、図７及び図８に示すように、実施例２～実施例７の試験サンプルでは、０．８μｍ～２０μｍの対象波長帯域において、試験サンプルの厚さ１ｍｍあたりの直線透過率が３０％以上である波長帯域幅は５０ｎｍ以上であった。これらの結果から、実施例２～実施例７の試験サンプルは、光学フィルタとして有用であることが示唆された。

【0096】

さらに、実施例２～実施例７の試験サンプルでは、８μｍ～２０μｍの波長帯域全体において、直線透過率は１０％以下であった。そして、フッ素樹脂の添加量を多くするほど、直線透過率が小さくなることが分かった。また、フッ素樹脂としてＰＶＤＦを用いた場合、同量のＰＴＦＥを用いた場合と比較し、７μｍ～８μｍの波長帯域の直線透過率を低下できることが分かった。これらの結果から、実施例２～実施例７の試験サンプルは、長波長帯域の波長をカットするフィルタとして有用であることが示唆された。

【0097】

実施例で用いたＰＴＦＥ粉末及びＰＶＤＦ粉末をＦＴ－ＩＲ装置でＡＴＲ法によって測定したところ、図１１に示すような吸収スペクトルが確認できた。ＰＴＦＥは波長８μｍ～９μｍに吸収ピークを有することが確認できた。また、ＰＶＤＦは波長８μｍ～９μｍに加え、８μｍ～９μｍ前後に複数の吸収ピークを有することが確認できた。これらの結果から、マトリックスを透過する光の一部がフッ素樹脂に吸収されることにより、８μｍ～２０μｍの波長帯域全体における直線透過率が小さくなったと考えられる。

【0098】

（ＴＧ（熱重量測定））
ＴＧを実施することにより、ＰＴＦＥ及びＰＶＤＦの質量減少率を測定した。なお、サンプルはアルミニウム製の容器にＰＴＦＥを５．５ｍｇ又はＰＶＤＦを６．２ｍｇ入れ、空気を５０ｍＬ／分で流入させ、３０℃から６００℃まで１０℃／分の加熱速度で測定した。測定により得られたＴＧ曲線を図１２に示す。測定の結果、ＰＴＦＥの質量減少率が１０質量％となる温度は４５６℃であり、ＰＶＤＦの質量減少率が１０質量％となる温度は４００℃であった。

【0099】

（相対密度）
実施例２～実施例７及び参考例２の試験サンプルの相対密度を上記と同様に測定した。その結果、いずれの試験サンプルの相対密度も９０％以上であった。このことから、試験サンプルの気孔率は小さく、試験サンプルは緻密な構造となっていることが理解できる。

【0100】

特願２０２１－０２５００９号（出願日：２０２１年２月１９日）の全内容は、ここに援用される。

【0101】

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0102】

本開示によれば、無機物質によって構成されたマトリックスを備える耐久性に優れた光学フィルタ、赤外線センサ及び発光装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0103】

１ 光学フィルタ
１０ マトリックス
２０ 波長選択吸収材料
１００ 赤外線センサ
２００ 発光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】