耐環境型遠赤外線カメラ用 Z n S レンズ 1.　概　要遠赤外線（波長 8 ～ 12µm）カメラは、対象の表面温度を検知し、更に光源を必要とせずに対象を可視化できるため、夜間監視、車載ナイトビジョン及び家電など多用途で用いられている。近年、その需要は年率約 10 ％以上で堅調に増加しているが、遠赤外線カメラの市販価格は非常に高価であり、今後も更に普及し続けるためにはその低価格化が必須である。それには、赤外線センサと共に低価格な赤外線透過レンズの開発が強く望まれている。このニーズに対応すべく、我々は高価なゲルマニウムに代 ARコート品わる低価格かつ優れた光学性能を持つ遠赤外線カメラ用途のレンズとして、モールド成形焼結プロセスによる硫化亜鉛 DLCコート品写真 1　外　観（以下 ZnS ： Zinc Sulfide）製レンズの量産化を行った。今回、需要拡大が期待される車載、監視等の屋外用途に高信頼性で応えるため、耐久性の高い Diamond Like Carbon（以下、DLC）コート技術及び温度変動が大きい 100 環境で焦点調整不要なアサーマル機構を適用し、更に小 80 ロットから低価格で提供できる標準レンズ（写真 1）を企透過率（％）画した。 2.　特　長 2ー1 ZnS レンズへの DLC コート　屋外監視カメラや車載カメラ等厳しい環境で使用される赤外光学レンズ等の保護膜として、DLC コートが適用されていることが多い。今回、我々は、耐環境性で実績の多い DLC コートを ZnS 60 40 DLC//ZnS//AR coated 20 0 AR//ZnS//AR coated 7 8 9 レンズに適用した。 10 11 12 13 波長（µm）図 1 に遠赤外線透過率（厚み： 3mm）の測定結果を示す。遠赤外線カメラ用途のレンズとして重要な特性である波長図 1　遠赤外線透過率特性 8 ～ 12µm 範囲での平均透過率は 84.4 ％と実用上、良好な特性を有している。尚、参考として通常の反射防止（AR ： Anti-Reflection）コート品の分光特性を破線により示す。次に、DLC コート品の環境試験結果を表 1 に示す。各試験共、試験前後で外観及び透過率の変化、テープ試験による膜剥がれは見られず、良好であった。 2ー2 アサーマル機構表 1　DLC コート ZnS の環境試験結果試験項目試験条件試験結果試験方法高温高湿試験 80 ℃ / 95%RH、 770h 良好 MIL-F-48616 熱衝撃試験 -60 ℃×1h ⇔ 180 ℃×1h、 5 サイクル良好ー密着性試験テープ試験良好 MIL-F-48616 摩耗試験 Severe 20 Stroke 良好 MIL-F-48616 塩水噴霧試験塩水濃度 5%、200h 良好 JIS- Z- 2371 酸性雨試験 SO2 量： 0.2L、 14 サイクル良好耐候性試験 UV ＋水、192h 良好屋外での用途が拡がるにつれ、レンズに対しても温度環境に順応するよう耐環境性の要求が厳しくなってきている。通常、環境温度が変化すると、レンズ材料の屈折率変化及び鏡筒の熱膨張により焦点がずれ、焦点を再調整しないと解像度の指標である MTF ※1 が低下する。表 2 に示す通り ZnS 材料は屈折率の温度依存性（dn/dt）が小さく、環境温度変化に強い利点がある。しかしながら、温度範囲が広範になると MTF 低下が無視できなくなる。 −（ 134 ）− 新製品・技術紹介 DIN-50018 0.2S JIS-D-0205 WAN1S 我々は ZnS の dn/dt が低い点を活かし、簡易且つコンパ表 2　遠赤外線透過材料物性値比較クトでありながら、広い環境温度で安定した動作を示すア項　目サーマル（温度補償）機構を開発し、その量産化に成功し屈折率＠10µm た。図 2 に-40 ℃ ~80 ℃の低高温カメラ MTF 測定結果を示硫化亜鉛（ZnS）ゲルマニウム 2.200 4.003 アッベ数（8-12µm） 22.7 dn/dt [K ] 4.1 × 10 ※2 す。アサーマル機構を持たない通常のゲルマニウムは -1 dn/dt が大きく低高温で大幅に MTF が低下するのに対し、 942 40.0 × 10-5 -5 ZnS レンズはアサーマル機構を持たないタイプでも-20 ～ 70 ℃の範囲では MTF の低下量が少なく、実用レベルである。その範囲を超えると室温比で 30 ～ 40 ％低下する。こ 0.2 れに対し、本開発のアサーマル品は、全温度範囲で低下量 0 環境試験結果を示すが、環境負荷試験前後で大きな焦点位置ズレは見られず、良好であった。以上より、当社製アサーマル品は高い信頼性を有している。相対カメラMTF が室温比 10 ％以下と安定した MTF を示している。表 3 に -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 3.　標準レンズラインアップ ZnSアサーマル品 ZnS通常品（アサーマル無） -1 前述の通り、遠赤外線カメラの市場は拡大しており、それ -1.2 に合わせて、遠赤外線透過レンズの低価格ニーズは高い。当ゲルマニウム通常品（アサーマル無） -40 -20 0 20 社の ZnS レンズはモールドプロセスで製作することで大幅 40 60 80 温度［℃］なコストダウンを可能としたが、成形型等の初期コストが必［］カメラMTF（各測定温度、各サンプル）相対カメラMTF＝ー１カメラMTF（室温、各サンプル）要なため、生産数量の多い製品に限定される傾向があり、少量ニーズに応えていくためには、レンズを標準化することが必要である。一方、赤外イメージセンサも各社出揃い、コス図 2　低高温カメラ MTF 測定結果ト低減が図られている。そこで当社は、市場ニーズに合わせ、汎用センサに適合した標準レンズを企画した。企画した標準レンズを表 4 に、対応するセンサを表 5 に示す。標準レンズには、本稿で取り上表 3　アサーマル型 ZnS レンズの環境試験結果げた DLC コートやアサーマル機構を取り入れたタイプも揃試験項目試験条件結　果試験方法低高温 MTF -40 〜 80 ℃、軸上、 20lp/mm 良好 − 種類である。今後より広角なレンズのラインアップを拡充し高温放置試験 100 ℃× 650h 良好 MIL-F-48616 ていく計画である。高温高湿試験 80 ℃/95%RH ×400h 良好 MIL-F-48616 え、あらゆる環境に適応できる仕様となっている。今回企画したレンズは焦点距離 19mm、18.8mm 及び 12.8mm の 3 表 4　標準レンズラインアップモデル No 焦点距離 (mm) #349 19 0.96 #349DLC 19 #550 イメージサークル※4 （mm）コートタイプ 8-12µm 平均透過率水平画角(°)※5 (センサタイプ) アサーマル機構 10 AR 77% 24(A) / 12(C) 無 0.96 10 DLC 72% 24(A) / 12(C) 無 18.8 0.985 10 AR 79% 24(A) / 16.4(B) 有 #550DLC 18.8 0.985 10 DLC 74% 24(A) / 16.4(B) 有 #516 12.8 1.00 10 AR 77% 34.7(A) / 24(B) オプション #516DLC 12.8 1.00 10 DLC 72% 34.7(A) / 24(B) オプション F- No ※3 2 0 1 0 年 7 月・ S E I テクニカルレビュー・第 1 7 7 号 −（ 135 ）− 表 5　対応センサタイプピッチ画素数 A 25µm 320 × 240（QVGA) B 17µm 320 × 240（QVGA) C 25µm 160 × 120（QQVGA）用語集ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー ※1 MTF レンズの解像度を表す指標。値が高いほど鮮明な画像が得られる。 ※2 アッベ数波長分散を表す分散率の逆数。値が大きい材料ほど、色収差（波長により結像位置がずれる現象で、大きいと滲んだ画像となる。）が出にくい。 ※3 F-No レンズの明るさを表す指標。値が低いほどレンズ口径が大きく、明るい像が得られる。 ※4 イメージサークルレンズの結像範囲を示す。 ※5 水平画角撮像面の水平方向の画角を表す。〔ハイブリッド製品事業部 −（ 136 ）− 新製品・技術紹介 03 − 6722 − 3393〕