取代鍺的低價位透鏡材料的傳感器

取代鍺的低價位透鏡材料的傳感器

車載用途的熱成像攝像頭（夜視儀）目前的價格在25萬日元左右，但要想廣泛普及，必須降到10萬日元以下。

從其他的汽車安全系統來看，在日本，富士重工等以不到10萬日元的價格推出了針對前方車輛的碰撞輕減制動系統，使消費者對這類系統的認知度大幅提高。例如，富士重工的“EyeSight”在該公司主力車型“翼豹”上的配備比率達到5成以上，在“力獅”上達到8成以上。

為降低車載等用途的紅外攝像頭及傳感器系統的成本，透鏡和紅外圖像傳感器的封裝等的技術革新正在快速推進。降低夜視儀成本的關鍵技術有三項，分別是（1）光學透鏡、（2）紅外圖像傳感器芯片的真空封裝以及（3）紅外圖像傳感器芯片的微細化技術，不過，芯片微細化已經接近遠紅外線的衍射極限，因此研發的中心是前兩項技術。

面向航空航天領域和軍事用途的高端產品對成本的要求相對較低。另外，自動門的開關和照明器具的自動開關等使用的低端產品的價格本來就比較低，低成本化的空間不大。

取代鍺的透鏡材料

透鏡材料方面，作為取代高成本的鍺（Ge）的材料，廉價的“硫屬化合物”和硫化鋅（ZnS）是有力候補。另外，將來還考慮使用單晶硅（Si）。

替代材料增加，按用途區別使用

采用不同材料的透鏡的特性。軍事、航空航天、研究開發等使用的高端紅外攝像頭為少量多品種生產，因此今后也會使用鍺，而車載等需要大量生產的領域估計會越來越多地使用硫屬化合物和硫化鋅。

熱成像儀和熱成像攝像頭等高靈敏度遠紅外攝像頭不能使用可見光攝像頭使用的石英玻璃。因為遠紅外線無法穿透石英玻璃。由于可見光會降低靈敏度，因此要使用不透過可見光而只透過紅外線的透鏡。

取代鍺的低價位透鏡材料的傳感器

所以，對遠紅外線有高折射率和透射率的鍺透鏡得到了大量采用。但鍺是稀有金屬，資源有限，而且要實施磨削、研磨加工和超精密切削加工等才能制成透鏡形狀。因此價格非常高，也推高了紅外攝像頭的成本注3）。所以必須找到能取代鍺的新材料。

在鍺的全球產量中，中國占近7成。供給量會隨著中國政府的方針大幅變動，因此價格極不穩定。

作為鍺的替代材料，最先得到采用的是硫屬化合物（圖2），即砷（As）、硒（Se）和硫（S）等的化合物。這些化合物的原材料費比鍺低，雖然對遠紅外線的透射率和折射率稍遜色于鍺，但作為遠紅外攝像頭的透鏡使用時，能實現與鍺差不多的性能。

可通過模壓成型法大量生產

利用模壓成型法大量生產

硫屬化合物的特點是可降低大量生產時的成本。可在非結晶狀態下，利用模壓成型法制造透鏡。也就是說，只要有模具就能大量生產。不過，如果材料構成成分等不均衡，透鏡性能會降低。因此，比利時的Umicore（優美科）公司自出開發出了確保透鏡性能均一的成型方法。

硫屬化合物相對于鍺也有優勢。鍺的折射率會隨著周圍溫度的上升而降低，而硫屬化合物的折射率則比較穩定。已經有部分車載夜視儀看中這一特性，開始使用硫屬化合物透鏡。瑞典奧托立夫公司就既有采用兩個鍺透鏡的產品，也有鍺透鏡和硫屬化合物透鏡各使用一個的產品。

不過，由于硫屬化合物中含有毒元素砷和硒，因此在日本，硫屬化合物產品基本都是《毒物及劇毒物取締法》的限制對象。針對這一點，優美科確立了即使產品破損也不會有砷和硒溶出的制造方法，所以該公司的產品不屬于限制對象。

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