JP2004018286A - 透光性セラミックスならびにそれを用いた光学部品および光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】複屈折を生じない光学特性に優れた透光性セラミックスよおびそれを用いた光学素子を提供する。
【解決手段】本発明の透光性セラミックスは、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる１つの元素、または、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる２つ以上の元素を含む化合物であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表され、前記一般式のｘ，ｙ，ｚが、図１に示す三元図において、四角形ＡＢＣＤで囲まれた領域内（但し、点Ｃは含まない。）にある組成を有する。この透光性セラミックスは、直線透過率が２０％以上で、複屈折を生じないものである。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の透光性セラミックスは、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる１つの元素、または、Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる２つ以上の元素を含む化合物であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表され、前記一般式のｘ，ｙ，ｚが、図１に示す三元図において、四角形ＡＢＣＤで囲まれた領域内（但し、点Ｃは含まない。）にある組成を有する。この透光性セラミックスは、直線透過率が２０％以上で、複屈折を生じないものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高屈折率、高光透過率の常誘電体であって、光学部品として有用な透光性セラミックス、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】
従来より、光ピックアップ等の光学素子に搭載する光学部品の材料としては、例えば特開平５−１０７４６７号公報や特開平９−２４５３６４号公報に記載されているように、ガラスまたはプラスチック、あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の単結晶が用いられている。
【０００３】
ガラスやプラスチックは、光透過率が高く、所望の形状への加工が容易であることから、レンズ等の光学部品に用いられている。また、ＬｉＮｂＯ３の単結晶は、その電気化学特性と複屈折を利用して、光導波路等の光学部品に用いられている。このような光学部品を用いた光ピックアップ等の光学素子では、さらなる小型化や薄型化が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のガラスやプラスチックでは、その屈折率が１．９未満であることから、それらを用いた光学部品や光学素子において小型化や薄型化に限界がある。また、プラスチックは吸湿性を有しており、そのうえ、屈折率が低く、複屈折を生じるため、入射光を効率よく透過、集光させるうえで問題があった。さらに、ＬｉＮｂＯ３等の単結晶は、屈折率は高いものの（ｎ＝２．３）、複屈折を生じるため、レンズ等の光学部品には用いることができず、用途が限定されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明においては、複屈折を生じない光学特性に優れた透光性セラミックスおよびそれを用いた光学素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本件発明は上述の課題を解決するものであり、第１の発明は、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０≦ｘ＜１の範囲内にある数値であり、ｙは０≦ｙ≦１の範囲内にある数値であり、ｚは０≦ｚ≦０．５の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックスである。
【０００７】
また、本件第２の発明は、本件第１の発明において、直線透過率が２０％以上であることを特徴とする透光性セラミックスである。
【０００８】
また、本件第３の発明は、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０．６≦ｘ≦０．８の範囲内にある数値であり、ｙは０≦ｙ≦０．３の範囲内にある数値であり、ｚは０．１≦ｚ≦０．３の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックスである。
【０００９】
また、本件第４の発明は、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０≦ｘ≦０．４の範囲内にある数値であり、ｙは０．４≦ｙ≦０．９の範囲内にある数値であり、ｚは０≦ｚ≦０．４の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックスである。
【００１０】
また、本件第５の発明は、本件第３または第４の発明において、直線透過率が５０％以上であることを特徴とする透光性セラミックスである。
【００１１】
また、本件第６の発明は、本件第１〜第５のいずれかの発明において、常誘電体であり、かつ多結晶体であることを特徴とする透光性セラミックスである。
【００１２】
また、本件第７の発明は、本件第１〜第６のいずれかの発明にかかる透光性セラミックスからなることを特徴とする光学部品である。
【００１３】
また、本件第８の発明は、本件第７の発明にかかる光学部品が搭載されていることを特徴とする光学素子である。
【００１４】
ここで、常誘電体とは、電界が印加されても誘電率が変化しないという特性を有するものである。本発明の透光性セラミックスは、常誘電体であり、かつ多結晶体であるため、複屈折を生じない。したがって、レンズ等の光学部品に容易に適用できる。
【００１５】
また、本発明の透光性セラミックスは、２０％以上または５０％以上の高い直線透過率を有する。このため、比較的小さな外形寸法で所望の光学特性を発揮することができる。
【００１６】
さらに、本発明の光学素子においては、上述の高い光学特性を有する透光性セラミックスが光学部品として用いられているため、光学素子の小型化、薄型化を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例にかかる透光性セラミックスを製造する手順を説明する。
【００１８】
まず、原料として、高純度のＣａＣＯ３，ＺｒＯ２，ＭｇＣＯ３，ＺｎＯ，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５およびＳｂ２Ｏ３を準備した。
【００１９】
そして、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＮｂ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＮｂ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表１に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、ボールミルで１６時間湿式混合した。この混合物を乾燥させた後、１２００℃で３時間焼成し、仮焼物を得た。
【００２０】
また、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）ｙ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表２に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、上述と同じ要領で仮焼物を得た。
【００２１】
また、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３Ｓｂ２／３）ｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表３に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、上述と同じ要領で仮焼物を得た。
【００２２】
また、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）２／３）ｙ（Ｚｎ１／３（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表４に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、上述と同じ要領で仮焼物を得た。
【００２３】
これらの仮焼物をそれぞれ水および有機バインダとともにボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕した。有機バインダとしては、例えばエチルセルロースが用いられる。エチルセルロース以外でも、セラミックス成形体用の結合剤としての機能を備え、かつ焼結工程において焼結温度に達する前に、例えば５００℃程度で大気中の酸素と反応して炭酸ガスや水蒸気等にガス化して消失するものであれば、有機バインダとして用いることができる。
【００２４】
上記粉砕物を乾燥させた後、５０メッシュの網（篩）を通して造粒し、得られた粉末を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押圧することにより、直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状の成形体を得た。
【００２５】
次に、上記成形体を同組成粉末中に埋め込んだ。ここで、同組成粉末とは、上記成形体と同じ組成となるように調製した原料を仮焼し、粉砕して得られたものである。この同組成粉末により、上記成形体中の揮発成分が焼成時に揮発することを抑制することができる。なお、同組成粉末は、上記成形体と同じ組成を有することが好ましいが、同等の組成系であれば、全く同一の組成でなくともよい。また、必ずしも透光性を備えるものでなくともよい。
【００２６】
上記同組成粉末中に埋め込んだ成形体を焼成炉に入れ、大気雰囲気中で加熱し、脱バインダを行った。引き続き、昇温しながら炉内に酸素を注入し、最高温度域の１６００℃において、焼成雰囲気の酸素濃度を約９８％まで上昇させた。この焼成温度および酸素濃度を維持し、上記成形物を２４時間焼成して焼結体を得た。なお、焼成時の全圧は１気圧以下とした。
【００２７】
こうして得られた焼結体を鏡面加工し、厚さ０．２ｍｍの円板状に仕上げて透光性セラミックスの試料とした。
【００２８】
上記試料のそれぞれについて、可視光領域（λ＝６３３ｎｍ）における直線透過率および屈折率を測定した。この直線透過率の測定には、島津製分光光度計（ＵＶ−２００Ｓ）を用いた。また、屈折率の測定には、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ社製プリズムカプラー（ＭＯＤＥＬ２０１０）を用いた。
【００２９】
上述の直線透過率および屈折率の測定結果を表１〜表４に示す。表１において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、いずれも未焼結もしくは直線透過率が２０％未満のものである。なお、表２〜表４に示した試料はいずれも本発明の範囲内のものである。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
表１に示す試料番号２０について、λ＝６３３ｎｍにおけるＴＥモードおよびＴＭモードでの屈折率を測定した結果を表５に示す。表５において、ＴＥモードおよびＴＭモードでの屈折率が同じ値であることから、複屈折が生じていないことが分かる。
【００３５】
【表５】
【００３６】
また、試料番号２０に対する比較例として、鋳込み成形による２インチ角の成形体を１６００℃で焼成して焼結体を得た。表６は、この試料番号２０と比較例の直線透過率および屈折率を対比したものである。表６において、両者の直線透過率および屈折率は、互いに同等の値である。このように、本発明の組成を有する透光性セラミックスによれば、成形法に関わらず高い直線透過率および屈折率が得られることが分かる。
【００３７】
【表６】
【００３８】
図１は、本発明の透光性セラミックスの組成である一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）ｙ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）におけるｘ，ｙ，ｚの組成範囲を示す三元図である。
【００３９】
同図において、Ａ（０，０．５，０．５），Ｂ（０，１，０），Ｃ（１，０，０），Ｄ（０．５，０，０．５）の各点を結んだ四角形ＡＢＣＤで囲まれた領域（点Ｃは含まない）が、本発明の透光性セラミックスの組成範囲である。この組成を有する焼結体は、直線透過率が２０％以上、屈折率が２．０以上とそれぞれ高い値になる。
【００４０】
さらに、Ｅ（０．６，０．１，０．３），Ｆ（０．６，０．３，０．１），Ｇ（０．８，０．１，０．１），Ｈ（０．８，０，０．２），Ｉ（０．７，０，０．３）の各点を結んだ多角形ＥＦＧＨＩで囲まれた領域組成を有する焼結体、および、Ｊ（０，０．６，０．４），Ｋ（０，０．９，０．１），Ｌ（０．１，０．９，０），Ｍ（０．４，０．６，０），Ｎ（０．４，０．４，０．２），Ｏ（０．２，０．４，０．４）の各点を結んだ多角形ＪＫＬＭＮＯで囲まれた領域組成を有する焼結体では、それぞれ直線透過率が５０％以上、屈折率が２．０以上となる。
【００４１】
表１における試料番号の一部を図１上に示した。図１において、試料番号に＊印を付したものは、表１においても同じ印が付された、本発明の範囲外の試料である。
【００４２】
上述のように、本実施例にかかる透光性セラミックスは、高い直線透過率を示し、複屈折も生じないため、光学部品への利用が望める。例えば、図２に示すような両凸レンズ１０、または両凹レンズ１１、あるいは光路長調整板１２、さらには球状レンズ１３等の素材として好適である。
【００４３】
このような光学部品を搭載した光学素子として、光ピックアップを例に取り、説明する。
【００４４】
光ピックアップは、図３に示すように、コンパクトディスクやミニディスクといった記録媒体１に対して、コヒーレントな光であるレーザ光を照射し、その反射光から記録媒体１に記録された情報を再生するものである。
【００４５】
このような光ピックアップにおいては、光源としての半導体レーザ素子５からのレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ４が設けられ、その平行光の光路上にハーフミラー３が設けられている。このハーフミラー３は、コリメータレンズ４からの入射光は通して直進させるが、記録媒体１からの反射光については、反射光の進行方向を例えば約９０度の反射により変更するものである。
【００４６】
また、光ピックアップには、ハーフミラー３からの入射光を記録媒体１の記録面上に集光するための対物レンズ２が設けられている。この対物レンズ２は、記録媒体１からの反射光を効率よくハーフミラー３に対して出射するものでもある。反射光が入射されたハーフミラー３では、反射により位相が変化することで、上記反射光の進行方向が変更される。
【００４７】
さらに、光ピックアップには、変更された反射光を集光するための集光レンズ６が設けられている。そして、反射光の集光位置に、反射光から情報を再生するための受光素子７が設けられている。
【００４８】
このように構成される光ピックアップにおいて、対物レンズ２の素材として、本発明にかかる透光性セラミックスを用いることができる。この透光性セラミックスは屈折率が大きいため、光ピックアップの小型化や薄型化が可能であり、開口を増加させることができる。
【００４９】
なお、本実施例においては、本発明の透光性セラミックスを対物レンズ２に用いた場合について説明したが、他の光学部品、例えば、コリメータレンズ４または集光レンズ６、あるいはハーフミラー３に用いることもできる。
【００５０】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で適宜、変更を加えることができる。例えば、原料の形態は酸化物もしくは炭酸塩に限定されるものではなく、焼結体とした段階で所望の特性が得られる原料であればよい。また、焼成雰囲気について、上記実施例の約９８％という酸素濃度の値は、使用した実験設備の条件下において最も好ましい値である。この条件下においては、９０％以上の酸素濃度が確保できれば、所望の特性を備えた焼結体が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の透光性セラミックスは、常誘電体であり、かつ多結晶体であるため、複屈折を生じない。したがって、レンズ等の光学部品に容易に適用できる。
【００５２】
また、本発明の透光性セラミックスは、２０％以上さらには５０％以上の高い直線透過率を有する。このため、比較的小さな外形寸法で所望の光学特性を発揮することができる。
【００５３】
本発明の光学素子においては、上述の高い光学特性を有する透光性セラミックスが光学部品として用いられているため、光学素子の小型化、薄型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透光性セラミックスの組成範囲を示す三元図である。
【図２】本発明の透光性セラミックスからなる光学部品の説明図であり、（ａ）は両凸レンズを示し、（ｂ）は両凹レンズを示し、（ｃ）は光路長調整板を示し、（ｄ）は球状レンズを示す。
【図３】本発明の透光性セラミックスからなる光学部品を搭載した光学素子の一実施例（光ピックアップ）を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 対物レンズ（光学部品）
１０ 両凸レンズ（光学部品）
１１ 両凹レンズ（光学部品）
１２ 光路長調整板（光学部品）
１３ 球状レンズ（光学部品）
【発明の属する技術分野】
本発明は、高屈折率、高光透過率の常誘電体であって、光学部品として有用な透光性セラミックス、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】
従来より、光ピックアップ等の光学素子に搭載する光学部品の材料としては、例えば特開平５−１０７４６７号公報や特開平９−２４５３６４号公報に記載されているように、ガラスまたはプラスチック、あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の単結晶が用いられている。
【０００３】
ガラスやプラスチックは、光透過率が高く、所望の形状への加工が容易であることから、レンズ等の光学部品に用いられている。また、ＬｉＮｂＯ３の単結晶は、その電気化学特性と複屈折を利用して、光導波路等の光学部品に用いられている。このような光学部品を用いた光ピックアップ等の光学素子では、さらなる小型化や薄型化が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のガラスやプラスチックでは、その屈折率が１．９未満であることから、それらを用いた光学部品や光学素子において小型化や薄型化に限界がある。また、プラスチックは吸湿性を有しており、そのうえ、屈折率が低く、複屈折を生じるため、入射光を効率よく透過、集光させるうえで問題があった。さらに、ＬｉＮｂＯ３等の単結晶は、屈折率は高いものの（ｎ＝２．３）、複屈折を生じるため、レンズ等の光学部品には用いることができず、用途が限定されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明においては、複屈折を生じない光学特性に優れた透光性セラミックスおよびそれを用いた光学素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本件発明は上述の課題を解決するものであり、第１の発明は、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０≦ｘ＜１の範囲内にある数値であり、ｙは０≦ｙ≦１の範囲内にある数値であり、ｚは０≦ｚ≦０．５の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックスである。
【０００７】
また、本件第２の発明は、本件第１の発明において、直線透過率が２０％以上であることを特徴とする透光性セラミックスである。
【０００８】
また、本件第３の発明は、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０．６≦ｘ≦０．８の範囲内にある数値であり、ｙは０≦ｙ≦０．３の範囲内にある数値であり、ｚは０．１≦ｚ≦０．３の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックスである。
【０００９】
また、本件第４の発明は、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０≦ｘ≦０．４の範囲内にある数値であり、ｙは０．４≦ｙ≦０．９の範囲内にある数値であり、ｚは０≦ｚ≦０．４の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックスである。
【００１０】
また、本件第５の発明は、本件第３または第４の発明において、直線透過率が５０％以上であることを特徴とする透光性セラミックスである。
【００１１】
また、本件第６の発明は、本件第１〜第５のいずれかの発明において、常誘電体であり、かつ多結晶体であることを特徴とする透光性セラミックスである。
【００１２】
また、本件第７の発明は、本件第１〜第６のいずれかの発明にかかる透光性セラミックスからなることを特徴とする光学部品である。
【００１３】
また、本件第８の発明は、本件第７の発明にかかる光学部品が搭載されていることを特徴とする光学素子である。
【００１４】
ここで、常誘電体とは、電界が印加されても誘電率が変化しないという特性を有するものである。本発明の透光性セラミックスは、常誘電体であり、かつ多結晶体であるため、複屈折を生じない。したがって、レンズ等の光学部品に容易に適用できる。
【００１５】
また、本発明の透光性セラミックスは、２０％以上または５０％以上の高い直線透過率を有する。このため、比較的小さな外形寸法で所望の光学特性を発揮することができる。
【００１６】
さらに、本発明の光学素子においては、上述の高い光学特性を有する透光性セラミックスが光学部品として用いられているため、光学素子の小型化、薄型化を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例にかかる透光性セラミックスを製造する手順を説明する。
【００１８】
まず、原料として、高純度のＣａＣＯ３，ＺｒＯ２，ＭｇＣＯ３，ＺｎＯ，Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５およびＳｂ２Ｏ３を準備した。
【００１９】
そして、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＮｂ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＮｂ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表１に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、ボールミルで１６時間湿式混合した。この混合物を乾燥させた後、１２００℃で３時間焼成し、仮焼物を得た。
【００２０】
また、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）ｙ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表２に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、上述と同じ要領で仮焼物を得た。
【００２１】
また、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３Ｓｂ２／３）ｙ（Ｚｎ１／３Ｓｂ２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表３に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、上述と同じ要領で仮焼物を得た。
【００２２】
また、一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）２／３）ｙ（Ｚｎ１／３（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）で表される、表４に示す各試料が得られるように各原料を秤量し、上述と同じ要領で仮焼物を得た。
【００２３】
これらの仮焼物をそれぞれ水および有機バインダとともにボールミルに入れ、１６時間湿式粉砕した。有機バインダとしては、例えばエチルセルロースが用いられる。エチルセルロース以外でも、セラミックス成形体用の結合剤としての機能を備え、かつ焼結工程において焼結温度に達する前に、例えば５００℃程度で大気中の酸素と反応して炭酸ガスや水蒸気等にガス化して消失するものであれば、有機バインダとして用いることができる。
【００２４】
上記粉砕物を乾燥させた後、５０メッシュの網（篩）を通して造粒し、得られた粉末を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押圧することにより、直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状の成形体を得た。
【００２５】
次に、上記成形体を同組成粉末中に埋め込んだ。ここで、同組成粉末とは、上記成形体と同じ組成となるように調製した原料を仮焼し、粉砕して得られたものである。この同組成粉末により、上記成形体中の揮発成分が焼成時に揮発することを抑制することができる。なお、同組成粉末は、上記成形体と同じ組成を有することが好ましいが、同等の組成系であれば、全く同一の組成でなくともよい。また、必ずしも透光性を備えるものでなくともよい。
【００２６】
上記同組成粉末中に埋め込んだ成形体を焼成炉に入れ、大気雰囲気中で加熱し、脱バインダを行った。引き続き、昇温しながら炉内に酸素を注入し、最高温度域の１６００℃において、焼成雰囲気の酸素濃度を約９８％まで上昇させた。この焼成温度および酸素濃度を維持し、上記成形物を２４時間焼成して焼結体を得た。なお、焼成時の全圧は１気圧以下とした。
【００２７】
こうして得られた焼結体を鏡面加工し、厚さ０．２ｍｍの円板状に仕上げて透光性セラミックスの試料とした。
【００２８】
上記試料のそれぞれについて、可視光領域（λ＝６３３ｎｍ）における直線透過率および屈折率を測定した。この直線透過率の測定には、島津製分光光度計（ＵＶ−２００Ｓ）を用いた。また、屈折率の測定には、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ社製プリズムカプラー（ＭＯＤＥＬ２０１０）を用いた。
【００２９】
上述の直線透過率および屈折率の測定結果を表１〜表４に示す。表１において、試料番号に＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、いずれも未焼結もしくは直線透過率が２０％未満のものである。なお、表２〜表４に示した試料はいずれも本発明の範囲内のものである。
【００３０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表１に示す試料番号２０について、λ＝６３３ｎｍにおけるＴＥモードおよびＴＭモードでの屈折率を測定した結果を表５に示す。表５において、ＴＥモードおよびＴＭモードでの屈折率が同じ値であることから、複屈折が生じていないことが分かる。
【００３５】
【表５】
また、試料番号２０に対する比較例として、鋳込み成形による２インチ角の成形体を１６００℃で焼成して焼結体を得た。表６は、この試料番号２０と比較例の直線透過率および屈折率を対比したものである。表６において、両者の直線透過率および屈折率は、互いに同等の値である。このように、本発明の組成を有する透光性セラミックスによれば、成形法に関わらず高い直線透過率および屈折率が得られることが分かる。
【００３７】
【表６】
図１は、本発明の透光性セラミックスの組成である一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）ｙ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）ｚ｝ｖＯｗ（ｗは任意の数値）におけるｘ，ｙ，ｚの組成範囲を示す三元図である。
【００３９】
同図において、Ａ（０，０．５，０．５），Ｂ（０，１，０），Ｃ（１，０，０），Ｄ（０．５，０，０．５）の各点を結んだ四角形ＡＢＣＤで囲まれた領域（点Ｃは含まない）が、本発明の透光性セラミックスの組成範囲である。この組成を有する焼結体は、直線透過率が２０％以上、屈折率が２．０以上とそれぞれ高い値になる。
【００４０】
さらに、Ｅ（０．６，０．１，０．３），Ｆ（０．６，０．３，０．１），Ｇ（０．８，０．１，０．１），Ｈ（０．８，０，０．２），Ｉ（０．７，０，０．３）の各点を結んだ多角形ＥＦＧＨＩで囲まれた領域組成を有する焼結体、および、Ｊ（０，０．６，０．４），Ｋ（０，０．９，０．１），Ｌ（０．１，０．９，０），Ｍ（０．４，０．６，０），Ｎ（０．４，０．４，０．２），Ｏ（０．２，０．４，０．４）の各点を結んだ多角形ＪＫＬＭＮＯで囲まれた領域組成を有する焼結体では、それぞれ直線透過率が５０％以上、屈折率が２．０以上となる。
【００４１】
表１における試料番号の一部を図１上に示した。図１において、試料番号に＊印を付したものは、表１においても同じ印が付された、本発明の範囲外の試料である。
【００４２】
上述のように、本実施例にかかる透光性セラミックスは、高い直線透過率を示し、複屈折も生じないため、光学部品への利用が望める。例えば、図２に示すような両凸レンズ１０、または両凹レンズ１１、あるいは光路長調整板１２、さらには球状レンズ１３等の素材として好適である。
【００４３】
このような光学部品を搭載した光学素子として、光ピックアップを例に取り、説明する。
【００４４】
光ピックアップは、図３に示すように、コンパクトディスクやミニディスクといった記録媒体１に対して、コヒーレントな光であるレーザ光を照射し、その反射光から記録媒体１に記録された情報を再生するものである。
【００４５】
このような光ピックアップにおいては、光源としての半導体レーザ素子５からのレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ４が設けられ、その平行光の光路上にハーフミラー３が設けられている。このハーフミラー３は、コリメータレンズ４からの入射光は通して直進させるが、記録媒体１からの反射光については、反射光の進行方向を例えば約９０度の反射により変更するものである。
【００４６】
また、光ピックアップには、ハーフミラー３からの入射光を記録媒体１の記録面上に集光するための対物レンズ２が設けられている。この対物レンズ２は、記録媒体１からの反射光を効率よくハーフミラー３に対して出射するものでもある。反射光が入射されたハーフミラー３では、反射により位相が変化することで、上記反射光の進行方向が変更される。
【００４７】
さらに、光ピックアップには、変更された反射光を集光するための集光レンズ６が設けられている。そして、反射光の集光位置に、反射光から情報を再生するための受光素子７が設けられている。
【００４８】
このように構成される光ピックアップにおいて、対物レンズ２の素材として、本発明にかかる透光性セラミックスを用いることができる。この透光性セラミックスは屈折率が大きいため、光ピックアップの小型化や薄型化が可能であり、開口を増加させることができる。
【００４９】
なお、本実施例においては、本発明の透光性セラミックスを対物レンズ２に用いた場合について説明したが、他の光学部品、例えば、コリメータレンズ４または集光レンズ６、あるいはハーフミラー３に用いることもできる。
【００５０】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で適宜、変更を加えることができる。例えば、原料の形態は酸化物もしくは炭酸塩に限定されるものではなく、焼結体とした段階で所望の特性が得られる原料であればよい。また、焼成雰囲気について、上記実施例の約９８％という酸素濃度の値は、使用した実験設備の条件下において最も好ましい値である。この条件下においては、９０％以上の酸素濃度が確保できれば、所望の特性を備えた焼結体が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の透光性セラミックスは、常誘電体であり、かつ多結晶体であるため、複屈折を生じない。したがって、レンズ等の光学部品に容易に適用できる。
【００５２】
また、本発明の透光性セラミックスは、２０％以上さらには５０％以上の高い直線透過率を有する。このため、比較的小さな外形寸法で所望の光学特性を発揮することができる。
【００５３】
本発明の光学素子においては、上述の高い光学特性を有する透光性セラミックスが光学部品として用いられているため、光学素子の小型化、薄型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透光性セラミックスの組成範囲を示す三元図である。
【図２】本発明の透光性セラミックスからなる光学部品の説明図であり、（ａ）は両凸レンズを示し、（ｂ）は両凹レンズを示し、（ｃ）は光路長調整板を示し、（ｄ）は球状レンズを示す。
【図３】本発明の透光性セラミックスからなる光学部品を搭載した光学素子の一実施例（光ピックアップ）を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 対物レンズ（光学部品）
１０ 両凸レンズ（光学部品）
１１ 両凹レンズ（光学部品）
１２ 光路長調整板（光学部品）
１３ 球状レンズ（光学部品）
Claims (8)
- 一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０≦ｘ＜１の範囲内にある数値であり、ｙは０≦ｙ≦１の範囲内にある数値であり、ｚは０≦ｚ≦０．５の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックス。
- 直線透過率が２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の透光性セラミックス。
- 一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０．６≦ｘ≦０．８の範囲内にある数値であり、ｙは０≦ｙ≦０．３の範囲内にある数値であり、ｚは０．１≦ｚ≦０．３の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックス。
- 一般式Ｃａ｛Ｚｒｘ（ＭｇａＭ１−ａ）ｙ（ＺｎｂＭ１−ｂ）ｚ｝ｖＯｗ（但し、ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｓｂから選ばれる少なくとも１つ以上の元素であり、ａは０．３≦ａ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｂは０．３≦ｂ≦０．３６の範囲内にある数値であり、ｘは０≦ｘ≦０．４の範囲内にある数値であり、ｙは０．４≦ｙ≦０．９の範囲内にある数値であり、ｚは０≦ｚ≦０．４の範囲内にある数値であり、ｘ，ｙ，ｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係にあり、ｖは０．９５≦ｖ≦１．３の範囲内にある数値であり、ｗは任意の数値である。）で表される組成を有することを特徴とする透光性セラミックス。
- 直線透過率が５０％以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の透光性セラミックス。
- 常誘電体であり、かつ多結晶体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透光性セラミックス。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の透光性セラミックスからなることを特徴とする光学部品。
- 請求項７に記載の光学部品が搭載されていることを特徴とする光学素子。
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