CN101097262A - 光学元件和包含光学元件的成像光学元件 - Google Patents

光学元件和包含光学元件的成像光学元件 Download PDF

Info

Publication number
CN101097262A
CN101097262A CNA2006101523011A CN200610152301A CN101097262A CN 101097262 A CN101097262 A CN 101097262A CN A2006101523011 A CNA2006101523011 A CN A2006101523011A CN 200610152301 A CN200610152301 A CN 200610152301A CN 101097262 A CN101097262 A CN 101097262A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
lens
scope
abbe number
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006101523011A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101097262B (zh
Inventor
斯特芬·赖歇尔
沃尔弗拉姆·拜尔
弗兰克-托马斯·伦特斯
冈野吉雄
约亨·阿尔克姆佩尔
若泽·齐默尔
约瑟夫·S·海登
卡斯滕·温霍尔德
乌尔里希·波伊切尔特
马丁·莱茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of CN101097262A publication Critical patent/CN101097262A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101097262B publication Critical patent/CN101097262B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486—Fine ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3203—Lithium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C04B2235/81—Materials characterised by the absence of phases other than the main phase, i.e. single phase materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

本发明涉及折射、衍射或透射光学元件，其由对可见光和/或红外光具有高透明度的光学陶瓷制成。具体来说，本发明涉及由那些适合用于成像光学元件的光学陶瓷制成的光学元件，例如具有减少色差、尤其具有几乎复消色差成像性质的物镜。

Description

光学元件和包含光学元件的成像光学元件
技术领域
本发明涉及折射、衍射或透射光学元件，其由对可见光和/或红外光具有高透明度的光学陶瓷制成。具体来说，本发明涉及由适合用于成像光学元件的那些光学陶瓷制成的光学元件，例如具有减少的色差、尤其具有近乎复消色差成像特性的物镜。
背景技术
根据本发明，光学陶瓷是指基于氧化物且具有高透明度的大体上为单相的多晶材料。因此，光学陶瓷是陶瓷中特殊的子类。在这种情况下，“单相”是指在目标组合物中，至少多于95％的材料，优选至少97％，更优选至少99％且最优选99.5％至99.9％的材料是以晶体的形式存在。单个晶粒以紧凑的方式排列，且基于理论密度，达成至少99％，优选至少99.9％，更优选至少99.99％。相应地，光学陶瓷几乎没有小孔。晶体结构对应于ZrO2立方体结构或对应于石榴石结构。在这种情况下，处于立体对称的ZrO2的稳定状态受所添加的一定量的某种氧化物或氧化物混合物的影响。
光学陶瓷不同于常规的玻璃陶瓷，因为后者除了结晶相之外还具有较高比例的非结晶玻璃相。同样，常规的陶瓷不能实现光学陶瓷中所具有的这些高密度。无论玻璃陶瓷还是陶瓷都不具有光学陶瓷的有利特性，例如一定的折射率、阿贝数、相对部分色散值和尤其有利的对于可见光和/或红外光范围内的光的高透明度。
成像光学的发展过程中的主要目标是利用尽可能轻的具有紧凑构造的光学元件获得足够的光学质量。特别是与电子装置(例如数码相机、手机的目镜和类似物)中的数字图像检测一起使用时，所形成的成像光学元件必须非常小且轻。换句话说，成像透镜的总量必须最少。这需要具有高折射率和尽可能低的色散的透明材料，进而允许设计出具有近乎复消色差成像特性的非常紧凑的成像光学元件。
光学陶瓷光学元件可与玻璃透镜一起，但也可与其他陶瓷透镜一起用在透镜系统中，具体来说用在数码相机、手机相机中，显微镜、微光刻数据存储领域中，或用于消费或工业用途领域中，例如数字投影和其他显示技术。但也可主要用在单色用途中，例如光学存储技术，可通过具有高折射率的材料实现紧凑的系统。
在显微镜情况下，需要衍射几乎受限的性能的成像光学元件来用于目镜以及物镜。
在国防领域中，需要透明的光学元件，其在可见(380nm至800nm)和红外光谱范围内(达到8,000nm，理想上达到10,000nm)高度透明，且另外其对外界(例如机械动作、振动、温度、温度变化、压力等)具有抗扰性。
此时，成像光学元件的发展受到可用的材料的光学参数的限制。通过可用的玻璃融化和玻璃成形技术，仅可制造出这样一种具有高质量的玻璃，即在阿贝图表中(其中折射率被绘制成与阿贝数相对)，低于通过点阿贝数＝80/折射率＝1.7和点阿贝数＝10/折射率＝2.0的直线。这根假想线在图2a中用点线表示。更详细地说，折射率在约1.9与约2.2之间，且阿贝数在约30与40之间的范围中的玻璃倾向于不稳定，使得难以制造出较高产量和足够质量的这些玻璃。折射率在约1.8与约2.1之间且阿贝数在约35与55之间的范围中的玻璃倾向于不稳定。
折射率(波长为587.6nm下的折射率，nD)的定义、阿贝数vd和相对部分色散(Pg，F)对于所属领域的技术人员基本上已众所周知，且在专门文献中有更详细的描述。在本发明中，所使用的术语是根据“The properties of optical glass”，Bach，Hans；Neuroth，Norbert(Ed.)，Berlin(i.a.)：Springer，1995，或Schott的“Series on glass and glass ceramics”，science，technology，and applications，XVII，p.410，2.，corr.print.，1998，XVII，p.414。
可见光的透明度是指内部透射率(即，除去反射损耗后的光透射率)，其在宽至少为200nm的窗口中，例如在400nm至600nm的窗口中，450nm至750nm的窗口中或优选在400nm至800nm的窗口中，在波长为380nm至800nm的可见光的范围中，在层厚为2mm，优选甚至在层厚为3mm，尤其优选在层厚为5mm或更大处高于70％，优选高于80％，更优选高于90％，尤其优选高于95％。
红外范围中的透明度是指内部透射率(即除去反射损耗后的光透射率)，其在宽至少为1000nm的窗口中，例如在1000nm至2000nm的窗口中，1500nm至2500nm的窗口中或优选在3000nm至4000nm的窗口中，在波长为800nm至5000nm的红外光的范围中，在层厚为2mm，优选甚至在层厚为3mm，尤其优选在层厚为5mm或更大处高于70％，优选高于80％，更优选高于90％，尤其优选高于95％。
理想上，材料在宽大于200nm，在5000nm与8000nm之间，优选在6000nm与8000nm之间，更优选在7000nm与8000nm之间的波长窗口中，在厚为3mm处的透射率(现在不除去反射损耗)大于20％。
除了透明度要求之外，在选择光学材料时折射率和阿贝数、相对部分色散起到重要作用。如果必须制造近乎复消色差的光学元件，和随之的具有几乎相同的相对部分色散的材料的组合，那么需要在阿贝数上具有较大的差异。当相对部分色散Pg，F被绘制成与阿贝数相对时(图2b)，大多数玻璃在一条线上(“平直标准线”)。因此，需要一种材料，其具有不同于这种行为的阿贝数和相对部分色散的组合。
此时，阿贝图表中的前述假想线上方的材料仅为单晶体或多晶材料。
然而，通过已知的晶体生产方法来生产单晶体非常昂贵且对于化学组合物具有极大的限制。此外，用于大多数用途的晶体不能在生产时接近最终形态，这导致庞大的后处理工作。
尽管可在较广的组合物范围内生产多晶陶瓷，但其通常具有不足的光学质量，特别是在折射率和透明度的均质性方面。迄今，仅已知很少的组合物范围和结构类型能生产出具有足够光学质量的透明陶瓷。
因此，迄今，多晶陶瓷仅用于光学应用中的有限应用中。因此，例如日本专利公开案JP 2000-203933揭示通过特殊烧结方法生产多晶YAG。以及在实现激光基质材料一段时间后生产具有光学质量的多晶YAG(例如)用于与激光活性离子(例如Nd)掺杂。
在美国专利第6,908,872号中，描述了半透明陶瓷，其在每种情况下将陶瓷中存在的氧化钡用作氧化物。进而获得的陶瓷具有钙钛结构，并且是电子成对的。然而，含有含钡相并具有钙钛结构的陶瓷常具有不足的光学成像质量。这是由于过多的钙钛倾向于形成扭曲的铁电晶体结构，且随之放松其光学同向性。这导致建造陶瓷时不想要的晶体的双折射。
美国3,640,887描述一种陶瓷，其包含被称为稀土的一系列元素的一种或一种以上氧化物，还具有氧化锆或氧化铪，其中个别氧化物的粒子半径比较重要。
美国第2005/0065012号涉及玻璃和玻璃陶瓷，其还可形成为光学元件，包含铌或钽氧化物作为主要成分。
参考EP 1 336 596 A1，已知基于稀土的氧化物的透明陶瓷体。
在文档cfi/Ber.DGK 82(2005)No.9，p.E49中，Clasen描述他已生产出用多晶立方体稳定的氧化锆烧结成的透明陶瓷。然而，所提到的透射率非常低。
发明内容
本发明的目的是提供光学陶瓷制成的光学元件。其除了具有高密度和透明度之外，光学陶瓷具有较高的折射率、较高的阿贝数和/或良好的特殊相对部分色散。这些参数不能单独靠常规的玻璃、玻璃陶瓷、单晶材料或多晶陶瓷等材料达成。
针对不同的应用，光学元件应对于可见光范围内和/或红外光，尤其对于可见光范围内的光具有透明度。除非特殊应用允许自身变色，变色离子才可存在于光学陶瓷中。
根据本发明的另一方面，应提供包含光学陶瓷制成的光学元件的成像光学元件，其优选具有近乎复消色差成像特性。
根据本发明通过根据权利要求1所述的光学元件以及通过具有根据权利要求11所述的特征的成像光学元件可解决这个和其他目的。其他有利实施例是独立权利要求项的标的物。
通过烧结以下氧化物的混合物可制备用于制备根据本发明的光学元件的光学陶瓷：
a)氧化锆和/或氧化铪，与钇、钪氧化物、镧系元素(La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)或钾和/或镁的氧化物中的一种或一种以上氧化物混合
b)元素周期表中的III族或IIIa族元素的氧化物，优选是氧化铝和/或氧化镓和/或氧化铟和/或氧化钪，与钆、镥、镱、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥的氧化物中的一种或一种以上氧化物混合，且镧系中的活性元素，即Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm的氧化物在光学陶瓷中的总量其重量比最大为100ppm或摩尔比至少为15％，
其中优选视情况在每种情况中将例如SiO2、Li2O、Na2O、MgO、CaO和TiO2的氧化物中的一种或一种以上氧化物当作正常的辅助烧结剂添加到上述混合物中。然而，为了不使UV边缘转移得过分远离可见光谱(这会引起微黄色的变色)，以上烧结剂中的一种或一种以上烧结剂(优选为TiO2)的总含量在含有组合物a)和烧结剂的混合物中限制到摩尔比＜10％，优选摩尔比＜6％，更优选摩尔比＜3％，最优选陶瓷中不含有类似TiO2的烧结剂。以上烧结剂中的一种或一种以上烧结剂(优选为TiO2)的总含量在含有组合物b)和烧结剂的混合物中优选摩尔比＜5％，更优选摩尔比＜3％，最优选陶瓷中不含有烧结剂。关于混合物b)，优选TiO2用作烧结剂。
在组合物范围a)中，光学陶瓷导致立方体ZrO2相。因此，例如氧化锆和摩尔比8％至45％，优选摩尔比12％至45％，更优选摩尔比15％至45％，更优选摩尔比20％至45％，更优选摩尔比25％至45％，更优选摩尔比30％至45％的氧化钇的混合物具有稳定的立方体晶体结构。
通过添加合适的添加物尤其能保证在室温下形成立方体ZrO2相。
根据相图，在没有例如Y2O3、CaO、MgO或稀土离子的稳定氧化物的情况下，ZrO2在室温下具有单斜晶结构，具有较低的对称性。仅通过增加室温，材料就能转变为立方体结构，其中存在四方相。
通过添加(例如)Y2O3，存在立方体ZrO2相的范围被扩大，其中在Y2O3摩尔比高于8％后，立方体基础ZrO2结构在室温下就可稳定。至少包含摩尔比为8％的Y2O3的组合物允许生产出光学陶瓷。
通过以下方程可描述根据a)的光学陶瓷：
(1-m){z1[ZrO2]z2[HfO2](1-z1-z2)[X2O3]}M[A]或
(1-m){z1[ZrO2]z2[HfO2](1-z1-z2)[MO]}m[A]
其中z1+z2小于或等于0.92，且优选小于或等于0.90，其中z1、z2和m高于或等于零，m小于0.10且优选小于0.06，更优选小于0.03，最优选等于零，
且
X是从Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或两种或两种以上这些元素的混合物中选择的，优选是Y、Yb和Lu，或两种或三种元素的混合物，且尤其优选是Y。M是从Ca和Mg中选择的，而A代表一种或一种以上少数组份，即SiO2、Na2O或TiO2。
在大多数优选的光学陶瓷中，m等于或接近零，其中A是TiO2。
关于其特别优选的特性，以下化合物尤其合适光学陶瓷，且属于本发明的优选实施例：z1[ZrO2](1-z1)[Y2O3]，其中z1小于或等于0.90。如上所述，这些光学陶瓷具有立方体ZrO2晶体结构。
例如，具有摩尔比为10％的Y2O3和摩尔比为90％的ZrO2的组合物的基于氧化锆的光学陶瓷包含以下光学特性：nD＝2.1603，vd＝33.6，Pg，F＝0.575。
根据组合物范围b)的光学陶瓷具有石榴石结构。
可通过以下方程描述光学陶瓷：
(1-m){(M1)3+z3(M2)5-z3O12}m{A}
其中z3是范围在-1与+1之间的值，m是等于零或在零与0.05之间的值，优选小于0.03，更优选接近或等于零；
M1是从Y、La、Gd、Lu、Yb、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm，或一种或一种以上这些元素的混合物中选择的，其中活性镧系元素Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm在光学陶瓷中的总量基于这些氧化物的量其重量比最大为100ppm或摩尔比至少为15％；
M2是从元素周期表中的III族或IIIa族元素中的一种或一种以上元素中选择的，优选从Al、Ga、In、Sc中选择，或者是两种或两种以上所述元素的混合物，其中所述晶粒具有石榴石结构，且
A代表特别从SiO2、Li2O、Na2O、CaO或MgO中选择的一种或一种以上组份，作为烧结剂。
关于其特别优选的特性，以下化合物尤其合适光学陶瓷，且属于本发明的优选实施例：Y3Al5O12、Lu3Al5O12、Gd3Ga5O12、Y3(Sc2Al3)O12。
根据本发明，还为成像光学元件提供由至少两种不同的透明材料制成的透镜，其中所形成的至少一个透镜分别由例如上述的光学陶瓷组成。
通过在映射光学元件中(例如在物镜中)使用两种不同的透明材料，可提供新颖的成像特性。具体来说，使用相对低的阿贝数来使成像光学元件消色的可能性也属于这种特性，这是使用已知种类的玻璃所不能实现的。
在一示范性方式中，在这种情况下，总共只有三种光学元件用于形成具有近乎复消色差成像特性的物镜。
因此，总体根据本发明，与使用根据现有技术的多透镜系统相比，可实现用于色彩校正的紧凑型成像光学元件，其具有非常低的重量且深度较低，且其生产具有相对低的成本。
在这种情况下，透镜仅在折射方面起作用。可单独布置透镜，或在其间具有一定的距离。基本上，可将一些所述透镜耦合到一组透镜，例如用作双合透镜、三合透镜等。
根据本发明，透镜中的至少一个透镜还可具有衍射结构，其分别以菲涅耳波带片、衍射光栅或闪耀衍射光栅形式凸浮或压制或写在透镜表面或透镜体积上。
根据本发明的另一优选实施例，除了例如上述的光学陶瓷制成的透镜之外，成像光学元件还包含至少一个玻璃制成的透镜。
根据本发明，在这种情况下，玻璃和光学陶瓷各自的相对部分色散(Pg，F)几乎相同，优选差异小于约10％，其中玻璃和光学陶瓷各自的阿贝数的差异高于10，优选高于20。通过提供阿贝数之间的相对高的差异，而同时使相对部分色散大体上相同，可实现成像光学元件近乎复消色差的成像特性。
对于生产上述光学陶瓷，根据目标组合物使用例如上述氧化物混合物的起始粉末。每种化合物的平均粒子尺寸小于2微米，优选小于1微米。通过单轴挤压将粉末转化为铸件，其中所使用的压力为约30Mpa。随后，通过冷等静压将铸件进一步压密，其中在这种情况下，所使用的压力为约200MPa。
烧结将优选在约1750℃下在真空烧结炉中进行，并历经约2小时的烧结期。所使用的真空为约10-3至10-6hPa。
随后，以热等静压的方式(HIP)在温度为约1600℃至1800℃，时间为1至3小时且压力为50至200MPa的合适条件下挤压烧结样本。压力媒介是氩或充有氧的氩。
视情况，可颗粒化起始粉末。这样，粉末与粘结剂(例如，在乙醇中例如0.5重量％的乙醛或硅酸盐粘结剂)一起在球磨机中研磨，历经12小时并随后在喷雾干燥设备中干燥。
还可视情况，不使用氧化物混合物，而直接处理具有目标组合物的粉末。这可通过共沉淀或等离子灼烧溶胶制得。
生产具有石榴石结构的光学陶瓷的上述条件大体上还可用于生产透明的钇稳定型ZrO2陶瓷。
本发明的其他目标、特征、优点和可能应用将遵循以下也由图式展示的实施例实例的描述。这里，由图式描述和/或呈现的所有特征本身或其任何组合是本发明的标的物，独立于它们在单个专利权利要求项或其独立项中的概述。
附图说明
下文中，将以示范方式并参考附图来描述本发明，其中将展示其他特征、优点和待解决的问题，且其中：
图1展示根据本发明的光学元件的四个实例的横截面，其中1是双凸透镜，2是双凹透镜，3是透射光学元件且4是球面镜；
图2a在阿贝图表中总结了根据本发明的不同玻璃和光学陶瓷的特性；
图2b在图表中总结了根据本发明第一实施例的玻璃和光学陶瓷的位置关系，其中相对部分色散(Pg，F)被绘制成与阿贝数相对；
图2c在阿贝图表中总结了根据本发明第二实施例的玻璃和光学陶瓷的位置关系；
图3展示根据本发明一实施例的成像光学元件；
图4展示具有根据图3的成像光学元件的紧凑图像检测设备；
图5a和图5b呈现使用常规材料(图5a)和使用根据本发明的材料的组合(图5b)的根据图3的物镜的成像特性；
图6a和图6b展示使用常规材料(图6a)和使用根据本发明的材料的组合(图6b)的根据图3的物镜的消色成像色差(侧面色彩)；和
图7a和图7b展示使用常规材料(图7a)和使用根据本发明的材料的组合(图7b)的根据图3的物镜的光斑尺寸。
参考符号列表
1  双凸透镜
2  双凹透镜
3  盘
4  球面镜
10 图像检测设施
11 外壳
12 覆盖盘/IR滤光器
13 相片传感器
14 信号处理单元
15 承载架
L1 透镜1(在主体侧具有凹面和凹发光表面)
L2 透镜2(在主体侧具有凸面，且凹面不形成发光表面)
L3 透镜3(在主体侧具有涂面，且凹面不形成发光表面)
S  孔
F  红外滤光器
具体实施方式
在根据图2a的阿贝图表中，显示为圆圈符号的点代表示范种类的玻璃，其可通过当今可用的玻璃融化技术生产出来，并具有较高的光学质量。从图2a中可容易看到，通过点阿贝数＝80/折射率＝1.7和点阿贝数＝10/折射率＝2.0的点线上方的玻璃仅可通过当前受限的玻璃融化和玻璃成形技术生产出来。具体来说，折射率在约1.9与约2.2之间，且阿贝数在约30与40之间的范围中的玻璃倾向于不稳定(参看图2a中的矩形)。如下文解释，根据本发明的光学陶瓷是透明材料，其折射率在约1.9与2.2之间，优选在1.9与2.0之间，且同时其阿贝数在约30与45之间的范围中。这提供通过使用新颖的材料的组合来使透镜系统消色的可能性。
在根据图2b的图表中，特殊玻璃和单晶体材料的阿贝数被绘制成与相对部分色散(Pg，F)相对。从图2b中可容易看到，玻璃不能实现阿贝数在约30与35之间且相对部分色散在约0.56与0.58之间的组合(参看图2b中的矩形)。从图2b中可进一步容易看到，常规的玻璃不能实现阿贝数在约30与40之间且相对部分色散在约0.56与0.57之间的组合(参看图2b中的矩形)。如在下文中将更详细地解释，可生产出阿贝数和相对部分色散在上文提到的参数范围内的根据本发明的光学陶瓷。这提供通过使用新颖的材料的组合来使透镜系统消色和/或复消色差的可能性。
在图2c中，阿贝数被绘制成与不同玻璃的折射率相对。从图2c中可容易看到，不能通过常规方式生产出具有足够质量的折射率在1.8与2.2之间且阿贝数在35与55之间的玻璃。如下文更详细地解释，可生产出阿贝数和折射率在上文提到的参数范围内的根据本发明的光学陶瓷。这提供通过使用新颖的材料的组合来使透镜系统消色的可能性。
已发现，例如立方体Y稳定型ZrO2的实例(其中氧化钇含量较低)在相交的偏光器之间仍展示变亮。这指示由生产过程引起的张力或对称性的降低，通过使用较高含量的Y2O3可消除这个现象。由于与由类似方法制备的其他光学陶瓷(例如，在这篇文档(石榴石)中描述的光学陶瓷)进行比较，可能会出现对称性的降低。由生产过程引起的张力在根本上仅具有较低的相关性。
另外已惊奇地发现双折射明显随着稳定氧化物(特别是Y2O3)的含量的增加而降低。通过调节Y2O3的含量，双折射值可降低到低于50nm/cm，优选低于20nm/cm，尤其优选低于10nm/cm。
比较样本的值至少为50nm/cm，Y2O3的摩尔比含量为10％。
如果Y2O3的摩尔比含量高于10％，进一步摩尔比高于12％，优选摩尔比高于15％，尤其优选摩尔比高于20％，那么双折射的值变得较低。另外，通过添加更高量的Y2O3，例如阿贝数和Pg，F的光学数据会被转移到接近阿贝数＝30或更低，或Pg，F＜0.56的所需值。
假设Y2O3含量较低，结构是米制立方体(晶格常数比c/a＝1)，但结构性四边形(由于氧在结构中的位移导致)优选是由于键长和/或键角的扭曲引起的。空间群对称性的降低指示具有仅会在四边形空间群对称中存在的X射线112反射。
对于给定范围的45％摩尔比上限也可以是40％或35％的摩尔比。尤其优选的是氧化钇在与氧化锆的混合物中的摩尔比量至少为20％。
此外，氧化锆和摩尔比分别为10至30，40％至50％的氧化钆的混合物具有合适的立方体晶体结构。类似的条件适用于其他氧化物的混合物。通过氧化物的适当组合，可将例如透明度、折射率、阿贝数和部分色散等光学特性调节到各自的要求。
在组合物范围b)中，存在形成稳定立方体石榴石相的混合物。通过氧化物的适当组合，可将例如透明度、折射率、阿贝数和部分色散等光学特性调节到各自的要求。
优选地，根据本发明的光学陶瓷具有分别在光学陶瓷中尽可能均匀的晶粒尺寸分布，具体来说，标准偏差百分比Δr/r最大50％，优选最大20％且最优选最大5％。其中r是晶粒的半径，且用已知方式定义标准偏差，例如：
Δr = r ‾ 2 - r 2 ‾
根据本发明的一实施例，根据本发明的光学陶瓷分别具有相对高的晶粒尺寸或粒子尺寸，具体来说，晶粒直径优选在约1至500μm，更优选在约10至100μm的范围中。
然而，根据本发明的替代实施例，优选的是根据本发明的光学陶瓷具有最大100nm，优选最大30nm且最优选最大20nm的晶粒尺寸。
根据特定实施例，晶粒尺寸最大是入射光的波长(即193nm的波长)的十分之一，晶粒的尺寸最大约20nm。已发现，具有这样小尺寸的晶粒的光学陶瓷最适合将光学陶瓷用作针对小波长的光学组件。已发现，例如，用于微光刻中的照明波长小于300nm，优选小于200nm，具有较大尺寸的晶粒的材料由于过高的内部双折射，由于单个晶粒的任意的静态定向和折射率的任意波动(独立于位置)而展示出发散性。在晶粒的尺寸充分小的情况下，如上文所述，可获得仅具有较低发散性的光学陶瓷，即使当材料本身具有较高的内部双折射时，也可用于针对小波长的光学元件中。
对于被动光学元件系列，应采用计算的方式来抑制可能的荧光。通过使用纯度特别高的自然材料可保证这点。
根据一个实施例，必须将光学活性杂质的含量降至最小。优选重量比低于100ppm，优选重量比低于10ppm，尤其优选重量比低于1ppm，且最优选光学陶瓷不含有这些离子，例如Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm。
根据本发明的其他实施例，可以使得这些离子(Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm)不会导致光学活性(例如激光活性)的量添加这些离子。具体来说，基于氧化物的总量，这施加15％的摩尔比量，或更多。这样做的要求是对于不同应用，自身变色或荧光并不相关。
具有石榴石结构的光学陶瓷的光学元件在光学陶瓷中含有的活性镧系元素(例如Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm)的总含量基于氧化物其重量比最大为100ppm或摩尔比至少为15％。
图3展示可用于例如电子设备(例如手机)的紧凑物镜中的透镜组。根据图3，透镜组从主体侧到图像侧包含第一透镜L1、孔S、第二透镜L2和第三透镜L3。透镜L1具有正折射能量，且其凹面导向主体侧。半月状的第二透镜L2具有正折射能量，且其凸面导向主体侧。第三透镜L3具有负折射能量，其凹面导向主体侧。孔S被布置在第一透镜L1与第二透镜L2之间，且连同透镜的直径一起大体上负责物镜的F数(“孔径数”)。图3中的元件F是IR滤光器。
图4展示典型的物镜构造，例如作为手机的光学元件，具有根据图3的透镜组，没有IR滤光器，但视情况可以添加。在一个实施例中，物镜在3.789mm的焦距且设备总长(直达相片芯片)为5.55mm的情况下具有2.88的F数。实施例的透镜表面的特征如下(表格1)。
    表面数字  类型 半径   厚度     折射率     阿贝数
    1  STANDARD 2.8756846   1.00000     1.83615     52.0
    2  STANDARD 7.8848480   0.46778
    3  STANDARD 无穷大   0.67563
    4  EVENASPHERE -1.9285155   1.22000     1.53373     56.2
    5  EVENASPHERE -0.8781880   0.10023
    6  EVENASPHERE 26.1340307   0.78000     1.58547     29.9
    7  EVENASPHERE 1.4992207   1.30640
    8  STANDARD 无穷大   0.00000
表格1
在这种情况下，表面1是透镜L1的第一表面(在主体侧)，且表面2是L1的第二表面。表面3代表孔S，表面4和5属于透镜L2，且表面6和7属于L3。表面8代表传感器上的图像平面。
表面4至7是可用以下等式描述的非球面：
z = r 2 / R 1 + 1 - ( 1 + k ) ( r R ) 2 + Ar 2 + Br 4 + Cr 6 + Dr 8 + Er 10 + Fr 12
其中z是光轴的坐标，r是垂直于光轴的坐标，R是半径，且k是二次曲面常数，其中在下表2中给定非球面系数A至F(根据表格1，第一行属于表面1，第二行属于表面2，等等)；
 k  A  B  C  D  E  F
 0.00000  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00
 0.00000  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00
 0.00000  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00
 2.49013  0.0000000E+00  4.5847784E-03  -2.2014130E-01  3.3955585E-01  -1.2063318E-01  0.0000000E+00
 -3.00965  0.0000000E+00  -2.0115768E-01  1.3236346E-01  -7.9375122E-02  2.1769363E-02  0.0000000E+00
 206.10032  0.0000000E+00  -5.2044446E-02  4.3170905E-02  -1.8623576E-02  4.4501271E-03  -5.0397923E-04
 -9.87569  0.0000000E+00  -6.2359234E-02  2.3529507E-02  -6.5366683E-03  1.0292939E-03  -8.0537075E-05
 0.00000  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00  0.0000000E+00
表格2
在根据本发明的实施例中，前透镜L1和覆盖玻璃12(图4)被根据本发明的光学陶瓷取代，所述光学陶瓷具有石榴石结构，且折射率为1.83，阿贝数为52。在图5至图7中，已针对将玻璃透镜的常规材料用于透镜(分别为塑料透镜)(分别为图5a、图6a、图7a)以及针对将根据本发明的光学陶瓷的上述材料组合用于透镜(图5b、图6b、图7b)各计算出成像特性。结果是已实现成像特性方面的改进，即场曲率已改进2.5个因数，扭曲已改进3.3个因数，色差(侧面色彩)已大体上得到改进，且光斑尺寸已改进15％。
总之，可生产出具有几乎复消色差成像特性的总共只有三个透镜的紧凑物镜。

Claims (26)

1.一种折射、透射或衍射光学元件，其包含的对可见光和/或红外辐射透明的多晶、大体上单相的光学陶瓷，其中所述光学陶瓷包含实质上可通过以下方程式描述的组合物：
a)(1-m){z1[ZrO2]z2[HfO2](1-z1-z2)[X2O3]}M[A]或
(1-m){z1[ZrO2]z2[HfO2](1-z1-z2)[MO]}m[A]
其中z1+z2小于或等于0.92，且优选小于或等于0.90，其中z1、z2和m高于或等于零，其中m小于0.10且优选小于0.06，更优选小于0.03，最优选接近或等于零，
且
X是从Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中选择的；M是从Ca和Mg中选择的；A代表特别从SiO2、Na2O或TiO2中选择的一种或一种以上附加组份；
其中所述晶粒具有ZrO2型的立方体晶体结构；
或
b)(1-m){(M1)3+z3(M2)5-z3O12}m{A}
其中z3是在-1与+1之间范围内的值，m是在0与0.05之间范围内的值，且
M1是从Y、La、Gd、Lu、Yb、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或者一种或一种以上这些元素的混合物中选择的，其中活性镧系元素Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm在所述光学陶瓷中的总量基于所述氧化物其重量比至多为100ppm，或基于所述氧化物其摩尔比为至少15％；
M2是从元素周期表中的III族或IIIa族元素中的一种或一种以上元素中选择的，优选从Al、Ga、In、Sc或者是两种或两种以上所述元素的混合物中选择，其中所述晶粒具有具有石榴石结构，且
A代表特别从SiO2、Na2O、MgO、CaO或TiO2中选择的一种或一种以上附加组份。
2.根据权利要求1所述的光学元件，变体a)，其中X是从Y、Yb和Lu中选择的，或者是两种或所述三种元素的混合物。
3.根据权利要求1所述的光学元件，变体a)和/或2，其中X是钇。
4.一种折射、透射或衍射光学元件，其包含对于可见光和/或红外辐射透明且由陶瓷粉末混合物制成的多晶、大体上单相的光学陶瓷，其中所述陶瓷粉末混合物包含：
a)氧化锆和/或氧化铪，其与钇、钪氧化物、镧系元素或钾和/或镁的氧化物中的一种或一种以上氧化物混合
或
b)元素周期表中的III族或IIIa族的元素的氧化物，优选是氧化铝和/或氧化镓和/或氧化铟和/或氧化钪，与钆、镥、镱、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥的氧化物中的一种或一种以上氧化物混合，其条件是镧系的活性元素，即Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er和Tm的氧化物在光学陶瓷中的总量基于氧化物其重量比至多为100ppm或摩尔比至少为15％。
5.根据权利要求4所述的光学元件，其中常规的辅助烧结剂混合在所述陶瓷粉末混合物中。
6.根据权利要求5所述的光学元件，其中所述辅助烧结剂是从SiO2、Li2O、Na2O、CaO、MgO、TiO2中选择的一种或一种以上烧结剂。
7.根据权利要求5或6所述的光学元件，其中所述一种或一种以上烧结剂的总含量相对于总混合物a)或b)和所述一种或一种以上烧结剂其摩尔比小于0.1，优选摩尔比小于0.06，更优选摩尔比小于0.03。
8.根据权利要求4所述的光学元件，其中所述一种或一种以上烧结剂TiO2的所述含量相对于含有混合物a)的总组合物为接近或等于零。
9.根据前述权利要求中一个或一个以上权利要求所述的光学元件，其中所述光学陶瓷具有所述ZrO2型的立方体结构，且所述折射率高于或等于1.90，更优选在1.90与2.25之间的范围中，优选为2.0至2.25，且其中所述阿贝数高于30，且更优选在30与45之间的范围中。
10.根据前述权利要求中一个或一个以上权利要求所述的光学元件，其中所述光学陶瓷具有所述ZrO2型的立方体结构，且所述阿贝数在30与35之间的范围中，且其中相对部分色散在0.56与0.58之间的范围中。
11.根据前述权利要求中一个或一个以上权利要求所述的光学元件，其中所述光学陶瓷具有所述ZrO2型的立方体结构，且所述阿贝数在30与40之间的范围中，且其中所述相对部分色散在0.56与0.57之间的范围中。
12.根据前述权利要求中一个或一个以上权利要求所述的光学元件，其中所述光学陶瓷具有石榴石结构，且所述折射率高于或等于1.80，更优选在1.80与2.20之间的范围中，且其中所述阿贝数高于35，更优选在35与55之间的范围中。
13.一种具有由至少两种不同透明材料制成的透镜的成像光学元件，其中至少一个透镜形成为根据前述权利要求中一个权利要求所述的光学元件。
14.根据前述权利要求所述的成像光学元件，其中所述透镜仅为折射式。
15.根据权利要求13所述的成像光学元件，其中所述透镜中至少一个透镜具有衍射结构。
16.根据权利要求13至15中一个或一个以上权利要求所述的成像光学元件，其进一步包含至少一个玻璃透镜。
17.根据权利要求13至16中一个或一个以上权利要求所述的成像光学元件，其中所述个别玻璃和所述光学陶瓷的相对部分色散(Pg，F)是类似的，优选其差异小于10％，且其中所述个别玻璃和所述陶瓷的所述阿贝数的差异高于10。
18.根据前述权利要求所述的成像光学元件，其中所述光学陶瓷具有在0.56与0.58之间的范围中的相对部分色散和在30与35之间的范围中的阿贝数，且其中所述个别玻璃具有在0.555与0.585之间的相对部分色散和小于45的阿贝数。
19.根据前述权利要求所述的成像光学元件，其中所述玻璃的所述阿贝数在40与45之间的范围中。
20.根据前述两个权利要求中一个权利要求所述的成像光学元件，其中所述玻璃是从包含N-BAF4、N-BAF52、N-BAF3的群组中选择，或从其光学位置相当的玻璃中选择。
21.根据权利要求13至17中一个权利要求所述的成像光学元件，其中所述陶瓷具有在0.56与0.57之间的范围中的相对部分色散和在30与40之间的范围中的阿贝数，且其中所述个别玻璃具有在0.555与0.575之间的相对部分色散和小于50的阿贝数。
22.根据前述权利要求所述的成像光学元件，其中所述玻璃的所述阿贝数在40与50之间的范围中。
23.根据前述权利要求所述的成像光学元件，其中所述个别玻璃是从包含N-SSK8、N-SSK5的群组中选择，或从其光学位置相当的玻璃中选择。
24.根据权利要求13至23中一个或一个以上权利要求所述的成像光学元件，其中所述透镜被整合到具有预定焦距的紧凑物镜。
25.根据前述权利要求所述的成像对象，其中被布置在所述成像光学元件的主体侧处的透镜形成为仅折射式的透镜。
26.根据前述权利要求所述的成像对象，其中所述透镜是球面透镜。
CN2006101523011A 2005-09-21 2006-09-21 光学元件和包含光学元件的成像光学元件 Expired - Fee Related CN101097262B (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005045199.3 2005-09-21
DE102005045199 2005-09-21
DE102006004923.3 2006-02-01
DE102006004923 2006-02-01
DE102006034682.3 2006-07-24
DE102006034682 2006-07-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101097262A true CN101097262A (zh) 2008-01-02
CN101097262B CN101097262B (zh) 2011-02-02

Family

ID=38034599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101523011A Expired - Fee Related CN101097262B (zh) 2005-09-21 2006-09-21 光学元件和包含光学元件的成像光学元件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7324285B2 (zh)
JP (1) JP2007108734A (zh)
CN (1) CN101097262B (zh)
DE (1) DE102006062903B4 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8202813B2 (en) 2008-09-30 2012-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Optical material and optical element
CN102803180A (zh) * 2009-06-04 2012-11-28 东曹株式会社 高强度透明氧化锆烧结体、其制造方法及其用途
CN104478434A (zh) * 2014-12-08 2015-04-01 上海大学 Eu2+/Eu3+:Y1.8-xLa0.2ZrxO3透明陶瓷及其制备方法
CN105122088A (zh) * 2013-01-23 2015-12-02 奥普加尔光电工业有限公司 增强红外光学系统的雾穿透能力
CN111201710A (zh) * 2017-10-12 2020-05-26 住友电气工业株式会社 陶瓷基板、层状体和saw器件

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022048A1 (de) * 2007-05-08 2008-11-20 Schott Ag Optokeramiken, daraus hergegestellte optische Elemente bzw. deren Verwendung sowie Abbildungsoptik
FR2917404B1 (fr) * 2007-06-15 2009-09-04 Saint Gobain Ct Recherches Produit fritte de structure cubique.
JP5104220B2 (ja) * 2007-11-02 2012-12-19 住友電気工業株式会社 回折光学素子およびその製造方法
JP4678022B2 (ja) * 2007-11-26 2011-04-27 Ｔｄｋ株式会社 誘電体磁器組成物の製造方法
JP5325518B2 (ja) * 2008-07-22 2013-10-23 ショット アクチエンゲゼルシャフト 透明セラミック及びその製造方法ならびにその透明セラミックスを用いた光学素子
DE102009000552B4 (de) * 2009-02-02 2012-05-24 Schott Ag Aktive Optokeramiken mit kubischer Kristallstruktur, deren Herstellung und Verwendungen
DE102009000553B4 (de) * 2009-02-02 2012-12-06 Schott Ag Aktive Optokeramiken mit kubischer Kristallstruktur, deren Herstellung und Verwendungen
ATE509003T1 (de) * 2009-03-31 2011-05-15 Schott Ag Herstellungsverfahren für transparente keramiken mit einer pyrochlor-zusammensetzung
US9658105B2 (en) * 2014-09-09 2017-05-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multispectral imaging system comprising new multispectral optics
JP2018072420A (ja) * 2016-10-25 2018-05-10 日本電気硝子株式会社 レンズ
WO2019073781A1 (ja) 2017-10-12 2019-04-18 住友電気工業株式会社 セラミック基板、積層体およびｓａｗデバイス
CN112230388B (zh) * 2020-10-31 2022-03-01 诚瑞光学(苏州)有限公司 摄像光学镜头

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3545987A (en) * 1966-09-28 1970-12-08 Gen Electric Transparent yttria-based ceramics and method for producing same
US3640887A (en) 1970-04-06 1972-02-08 Gen Electric Transparent zirconia- hafnia- and thoria-rare earth ceramics
JPS6291467A (ja) * 1985-06-20 1987-04-25 東ソー株式会社 透光性ジルコニア焼結体の製造法
US6268303B1 (en) * 1998-07-06 2001-07-31 Corning Incorporated Tantalum containing glasses and glass ceramics
JP3401553B2 (ja) 1999-01-14 2003-04-28 独立行政法人物質・材料研究機構 乾式混合法による透明イットリウム・アルミニウム・ガーネット焼結体の製造法
JP3361091B2 (ja) * 2000-06-20 2003-01-07 ティーディーケイ株式会社 誘電体磁器および電子部品
JP4704585B2 (ja) * 2000-07-07 2011-06-15 株式会社オハラ 低膨張透明結晶化ガラス、結晶化ガラス基板及び光導波路素子
JP4773608B2 (ja) * 2000-09-28 2011-09-14 株式会社オハラ ガラスセラミックス及び温度補償部材
KR100493564B1 (ko) 2000-12-20 2005-06-10 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 투광성 세라믹스 및 그 제조방법 및 광학소자
US6703780B2 (en) 2001-01-16 2004-03-09 General Electric Company Organic electroluminescent device with a ceramic output coupler and method of making the same
JP2002326862A (ja) * 2001-05-02 2002-11-12 Kohan Kogyo Kk 透光性セラミックスおよびその製造方法
KR100885199B1 (ko) 2001-07-05 2009-02-24 고노시마 가가쿠고교 가부시키가이샤 투과성 희토류 산화물 소결체 및 그 제조 방법
US6989930B2 (en) * 2001-10-10 2006-01-24 Sony Corporation Optical lens, condenser lens, optical pickup, and optical recording/reproducing apparatus
JP4237707B2 (ja) * 2003-01-27 2009-03-11 神島化学工業株式会社 希土類ガーネット焼結体とその製造方法
US7141522B2 (en) 2003-09-18 2006-11-28 3M Innovative Properties Company Ceramics comprising Al2O3, Y2O3, ZrO2 and/or HfO2, and Nb2O5 and/or Ta2O5 and methods of making the same
GB2406730A (en) 2003-09-30 2005-04-06 Ocuity Ltd Directional display.
JP4513476B2 (ja) * 2004-01-30 2010-07-28 カシオ計算機株式会社 ズームレンズ
DE102005045197B4 (de) * 2005-09-21 2010-12-09 Schott Ag Verfahren zur Herstellung einer optischen Hybridlinse

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8202813B2 (en) 2008-09-30 2012-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Optical material and optical element
US8338003B2 (en) 2008-09-30 2012-12-25 Canon Kabushiki Kaisha Optical material and optical element
CN102803180A (zh) * 2009-06-04 2012-11-28 东曹株式会社 高强度透明氧化锆烧结体、其制造方法及其用途
US8722555B2 (en) 2009-06-04 2014-05-13 Tosoh Corporation High-strength transparent zirconia sintered body, process for producing the same, and uses thereof
US9249058B2 (en) 2009-06-04 2016-02-02 Tosoh Corporation High-strength transparent zirconia sintered body, process for producing the same, and uses thereof
CN105122088A (zh) * 2013-01-23 2015-12-02 奥普加尔光电工业有限公司 增强红外光学系统的雾穿透能力
US9851541B2 (en) 2013-01-23 2017-12-26 Opgal Optronic Industries Ltd. Enhancing a fog penetration capability of an infrared optical system
CN105122088B (zh) * 2013-01-23 2018-02-02 奥普加尔光电工业有限公司 增强红外光学系统的雾穿透能力
CN104478434A (zh) * 2014-12-08 2015-04-01 上海大学 Eu2+/Eu3+:Y1.8-xLa0.2ZrxO3透明陶瓷及其制备方法
CN111201710A (zh) * 2017-10-12 2020-05-26 住友电气工业株式会社 陶瓷基板、层状体和saw器件

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006062903B4 (de) 2017-08-31
CN101097262B (zh) 2011-02-02
US20070127140A1 (en) 2007-06-07
JP2007108734A (ja) 2007-04-26
US7324285B2 (en) 2008-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101097262B (zh) 光学元件和包含光学元件的成像光学元件
US7700510B2 (en) Opto-ceramics made from In2O3 or oxides Y, Lu, Sc, Yb, In, Gd, and La, optical elements made therefrom, and mapping optics including the optical elements
US7751123B2 (en) Optical elements made from ceramics comprising one or more oxides of Y, Sc, in and/or lanthanide elements and mapping optics including the optical elements
US7710656B2 (en) Optoceramics, optical elements manufactured thereof and their use as well as imaging optics
JP6848904B2 (ja) 透明セラミックスの製造方法、透明セラミックス並びに磁気光学デバイス
US8679996B2 (en) Spinel optoceramics
US8034468B2 (en) Translucent ceramic, method for producing the same, optical component, and optical device
US10494307B2 (en) Transparent rare earth aluminum garnet ceramics
US8343884B2 (en) Passive optoceramics with cubic crystal structure, process for manufacturing the same and their uses
WO2015037649A1 (ja) 磁気光学材料及びその製造方法、並びに磁気光学デバイス
EP3569582B1 (en) Paramagnetic garnet-type transparent ceramic, magneto-optical material and magneto-optical device
JPWO2015008553A1 (ja) 磁気光学材料及びその製造方法並びに磁気光学デバイス
US7294597B2 (en) Translucent ceramics, process for producing the same, optical part and optical apparatus
US7396790B2 (en) Translucent ceramic, method for manufacturing the same, optical component, and optical device
JP4747892B2 (ja) 透光性セラミックおよびその製造方法、ならびに光学部品および光学装置
CA3194497A1 (en) Paramagnetic garnet-based transparent ceramic and method for producing same
GB2451386A (en) Light transparent ceramic,and optical component and optical device
JP4831073B2 (ja) 透光性セラミック、ならびに光学部品および光学装置
JP7472994B2 (ja) 常磁性ガーネット型透明セラミックス、磁気光学デバイス及び常磁性ガーネット型透明セラミックスの製造方法
JP7135920B2 (ja) 透明複合酸化物焼結体の製造方法、透明複合酸化物焼結体並びに磁気光学デバイス
TW202225121A (zh) 常磁性石榴石型透明陶瓷之製造方法、常磁性石榴石型透明陶瓷、磁性光學材料及磁性光學裝置
JP2014062007A (ja) 透光性セラミックス、その製造方法、光学素子およびその製造方法
JP2015212210A (ja) 磁気光学材料及び磁気光学デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110202

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee