TW200815306A - Light transparent ceramic, and optical component and optical device - Google Patents

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TW200815306A
TW200815306A TW096120922A TW96120922A TW200815306A TW 200815306 A TW200815306 A TW 200815306A TW 096120922 A TW096120922 A TW 096120922A TW 96120922 A TW96120922 A TW 96120922A TW 200815306 A TW200815306 A TW 200815306A
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TW
Taiwan
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optical
light
ceramic
lens
light transparent
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TW096120922A
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English (en)
Inventor
Takeshi Hayashi
Yuji Kintaka
Original Assignee
Murata Manufacturing Co
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Description

200815306 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 光學零件之材料之透光性 之光學零件及光學裝置。 本發明係關於有效用作透鏡等 陶瓷、以及使用有該透光性陶瓷 【先前技術】 先前以來，作為搭載於光學裝置之透鏡等光學零 料，使用玻璃、塑膠、單晶、以及陶瓷等。
近年來，業者要求光學材料之阿貝數較大1將阿貝數 旦大之光學材料，尤其用作處理可見光之較廣波長範圍之攝 =光學機器之透鏡材料，例如用作相機或攝影機等攝影 :先學機器之透鏡材料’則有利於修正色像差或修正球面 像是。 作為-般之光學材料，專利文獻！中揭示有由紀—銘— 石榴石（以下標記為「YAG」）構成之單晶。 \然*，因存在單晶之製造成本較高，且生產力較低之問 崎’故期待由陶£(以下’將「多晶」者稱為「陶究 成之光學材料。 專利文獻2中揭示有以Ba (Mg，了咖系㈣鑛為主成分 之透光性H於上述材㈣中，制s η及/或z『來取代 g及/或Ta之°卩分，藉此可改變折射率或阿貝數等光學 特性。然而，上述材料系之阿貝數不足。 因此，專利文獻3中揭示有嘗試使用陶瓷來製作由阿貝 數南之YAG構成之光學材料。 然而，對於專利文獻3中揭示之YAG陶瓷而言，為獲得 I21535.doc 200815306 透光性’必須於真空環境中燒成或於還原環境中燒成。因 此存在製造成本高，且難以獲得穩定特性之問題。 又’專利文獻3揭示之YAG陶莞存在如下問題，即，難 以大幅度調整阿貝數或折射率等光學特性，光學零件及光 學裝置之設計自由度變低。 專利文獻1:曰本專利特開平6_1358〇〇號公報 專利文獻2:日本專利特開2〇〇4_755 12號公報 φ 專利文獻3 :日本專利特開平6-107456號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 曰因此，士發明係繁於上述實情開發而成者，其目的在於 2供具有面阿貝數、製造成本低、且光學特 性陶瓷。 ^ ’本發明之其他目的在於提供使用上述透光性陶竟而 之光學零件、及使用該光學零件之光學裝置。 藝 [解決問題之技術手段] 本發明之透光性陶究之特徵為，以由一 Υ3Α1ν〇“4·4‘ν$5·4，w係用以俘接+由从 你用以保持電中性之正數）表示之 田石型化合物為主成分， 全部由Ga取代。 ^Alv〇w中，歡―部分或 主it:之透光性陶瓷中，由上述石榴石型化合物構成之 =:可_3从〇恤 您正數。且必須包含Y)。 較好的是，A1之^取代量為30〜90莫耳％。 i21535.doc 200815306 對於本發明之透光性陶瓷 季又理想的是，波長為 633 nm之可見光於厚度為〇4 m之4科上之直線透射率 (以下，只要不作特別限制， 20%以上。 挺為直線透射率」）為 進而’本發明亦適於由上 心处^ f生陶瓷構成之光學零 件、及搭載有該光學零件之光學裝置。 [發明之效果] 根據本發明之透光性陶竟，因阿貝數非常大，為35以 二=用作處理可見光之較廣波長範圍之攝影系光學 枝时之透鏡材料，例如用作 用作相枝或攝影機等攝影系光學機 。。之透鏡材料，則有利於修正色像差或修正球面像差。 結二發明之透光性陶究，因藉由以取代而提高燒 而㈣煩、』使燒成時之環境為真空環境或還原環境，從 =須煩雜之製造步驟。因此，可降低製造成本，且可使 光學特性穩定。 j便 進而’根據本發明之秀氺 ^ , +Λ , 先陘陶瓷，利用Ga取代及/或Gd 取代來改變組成，藉此可使阿貝螌^ ^i J從丨1貝數或折射率大幅變化，因 此可提高光學零件或朵與 ▽仟或九學I置之設計自由度。 【實施方式】 對於本發明之透光性陶 γ A1 n I 逐九隹陶是而言，其主晶相具備由 3八ivuw表不之石榴石槿 構k γ位置兀素、A1位置元素、及 氧之莫耳比接近3 · ·。為獲得20%以上之直線透射 半 之範圍必須為4.4〜5.4。 本發明之透光性陶瓷 〜丨王间允之特敛在於，A1位置之一部分或全 121535.doc 200815306 P由〜取代。藉由該Ga取代來提高YAG陶瓷於燒成時之焯 ’無須於真空環境或導入氫而成之還原環境等 特境下進行燒成。m大氣中進行燒成。較理想 令疋於氧分塵為90%以上之環境下進行燒成。 又，藉由Ga取代而使阿貝數與折射率大幅變化。若^ 取二里増加’則阿貝數降低，但因阿貝數仍為35以上，故
於貫際應用時*存在問題。阿貝數降低，而折射率增加， 促進光學零件之小型化。 胃〇， 古“a取代量為3〇〜9〇莫耳％之範圍時，燒結性顯 鬲’可將直線透射率提高為5〇%以上。
進而，對於本發明之透光性陶£而言，較好的是，其Y 二:：分由⑸取代一。因Gd取代，故阿貝數與折射率 仍/ (。取代量增加，則阿貝數降低，但阿貝數 仍為35以上，故於實際應用時不存在問題。阿貝數降低， 而折射率增加，促進光學零件之小型化。 ’ 又，於無損本發明之目的之範圍，本發明之 亦可包含迭上合χΑ 光性陶兗 匕a “上冒不可避免地混入之雜質。例 原料之氧化物或者碳酸鹽中所包含 ^ 、e X 3 <雜貝或於製作步驟中 ^入之雜質，可列舉 Fe2〇3、B2Q3、W()3、Bi2()3、Sb〇 P2〇5及Cu〇，以及稀土類元素氧化物等。 25 其次，就製造本發明之透光性陶f 明。 W之方法的一例加以說 首先，準備Y、A1、Ga及Gd各自之氧化物等基本原料 秤量特定量之上述基本原料後使之混合…4 ’ 猎由假燒而獲得 121535.doc 200815306 s=原：：本原料不限於氧化物，亦可為氫氧化物或碳 姑竞原料之製造方法無須限於上述固相法。缺 而，根據本發明之读止αA …、 性因藉由仏取代而提高燒結 杜故無錢”造成本高之濕式法。 為製造透光性陶瓷，準備 狀之未燒叙陶彡為特定形 成。此時之該㈣成形體進行燒 ，衣兄’"、須處於真空下或HIP(H〇t lS0static
ΓΓ熱等㈣）等減壓.加壓環境下，可處於常壓之大Γ % i兄下。為提尚透光性，較相 心的疋虱浪度為90%以上。 又，於對陶瓷成形體進杆悻 實質上έ &盥次 70守，使該陶瓷成形體接觸 貝貝上、、且成陶究肩來沐4八士 4。门 艽原枓4末相同之同時用於燒 物，由此可進一步提s透 、、且成 〇 、 透先性，因此較佳。所謂同時用於 k成之組成物，例如，# _ ' 獲得之粉末，直中上對 進行假燒、粉碎而 μ…料經調整後，其組成與上述陶兗 成形體之组成相同。藉由上述同時用於燒成之組成物= 抑制上述㈣成形體中之揮發成分於燒成時揮發。因此 較好的是，以於同時用於婵 匕’ 才用於垸成之組成物之粉末中 燒成之陶瓷成形體之狀態，實 有未 之組成物不限於粉末，亦可：：:成步驟。同時用於燒成 木亦可為成形體或燒結體。 再者，對於同時用於燒成之組成物而言，較 與用以形成上述陶竟成形體之陶究原料粉末相同之：:、有 但亦可具有實質上相同之組成。所謂同時用於•成=， 貝上相同之組成，係指具有 知末貝 节匕3相冋構成疋素之同等之組 121535.doc •10- 200815306 成系，組成比率亦可並非完全相同。又 組成物不4具有可賦予透光性之組成。 燒成之 本發明之透光性陶究可使用於透 可使用於如圖^至圖5分別所示之雙凸透鏡二= Π、凹凸透鏡12、光路長度調整板&及球狀透鏡14。、兄 又，以光學料一，祕财域光學零件之 置進行說明。即使於光學讀财，亦存在利们個光學；
統來處理波長不同之複數個光者，因此須求 學材料。 、呵 < 光 如圖6所示，對於光學讀頭9而言，對光碟或迷你光磾等 記錄媒體m射同調光，即照射雷射光8，自該雷射光8之 反射光，對記錄於記錄媒體丨之資訊進行再生。 於此種光學讀頭9中設置有準直透鏡4，該準直透鏡惰 作為光源之半導體雷射5之雷射◎轉變為平行光，於該平 订光之光路上設置有半反射鏡3。該半反射鏡3使來自準直 透鏡4之入射光通過並使之沿直線前進’但藉由反射而改 變來自記錄媒體丄之反射光之前進方向’例如將該前進方 向改變約90度。 又，於光學讀頭9中言史置有物鏡2，該物鏡2用於將來自 半反射鏡3之入射光聚光於記錄媒體1之記錄面上。又，上 述物鏡2用以有效地將來自記錄媒體i之反射光朝半反射鏡 3傳送。於入射有反射光之半反射鏡3上，相位因反射而發 生變化’由此’上述反射光之前進方向改變。 進而，於光學讀頭9中設置有聚光鏡6’該聚光鏡6用以 121535.doc -11 - 200815306 聚集經改S：之反射光。其次，於反射光之聚光位置設置有 又光元件7，違文光元件7用以再生來自反射光之資訊。 於以上述方式構成之光學讀頭9中，本發明之透光性陶 瓷可有利地用作例如物鏡2、半反射鏡3、準直透鏡4、及 ί^光鏡6各自之素材。 進而，作為光學裝置之其他例，說明單眼相機用之光學 • 系統。 _ 如圖7所示，作為單眼相機用之光學系統而廣泛使用之 河斯型透鏡光學系統2〇具備7牧透鏡21〜27。尤其，若於相 1夾持光圈28而配置之透鏡22與透鏡25中使用本發明之高 阿貝數之透光性陶瓷，則可精確地修正色像差。 [實驗例] 其次，根據實驗例說明本發明之透光性陶瓷。 、分別準備高純度之Y2〇3、Al2〇3、叫〇3、及㈤办之各 粉末作為原料。其次’為獲得由組成式：（YhGdxMAlby • =)V0W(W係用以保持電中性之正數）表示之表丨所示之各 :料’秤量各原料粉末，使用球磨機進行2G分鐘濕式混 合。使上述混合物乾燥後，以1300。。進行3小時假燒，得 • 到假燒粉體。 - 其次Y將上述假燒粉體與水及有機黏合劑一併放入球磨 t ’進行16小時濕式粉和使用乙基纖維素作為有機黏合 劑。 纟人，使上述粉碎物乾燥後，該粉碎物經由50個網眼之 ”’罔(師)而形成顆粒’以196 MPa之壓力對所獲得之粉末進 121535.doc -12· 200815306 行按壓並壓製成形，藉此獲得直徑為30 mm且厚度為2 mm 之圓板狀之未燒成之陶瓷成形體。 其次，將上述未燒成之陶瓷成形體埋入如下粉末中，該 末之組成與上述未燒成之陶瓷成形體中所包含之陶瓷原 料粉末之組成相同。將該埋入之成形體放入燒成爐中，於 大氣環境中進行加熱，進行脫黏合劑處理。繼而，一面升 溫，一面向爐内注入氧，於最高溫度範圍之1575〜i675Q(： 中’使燒成環境中之氧濃度上升至約95體積％。此處，對 於最高溫度而言，根據材料組成而適當地 温， 例如於試料序號7之試料之情形時，最高溫度為167=。 、隹持錢m及氧濃度，進行2(H、時燒成，獲得燒結 體。再者，燒成時之全壓力為1個氣壓。 〜利用X射線繞射來對以上述方式獲得之燒結體之構造進 _平知日^·其構造大致為石榴石構造之單相。對該燒結體 進行鏡面加工，將該燒結體加工成厚度狀4賴之圓板狀 後，將其作為透光性陶瓷之試料。 對於上述各試料，敎可見光區域之直線透射率，更具 體而言’測定波長λ為633 nm之區域之直線透射率。對上 述直線透射率進行測定時，使用島津製作所製之分光光度 計（UV-2500) 〇 士又’對於上述各試料敎折射率。對折射率進行測定 ^ ’使用MetHcon公司製之稜鏡耗合器_DEL2010)。利 用稜鏡輕合器來測定彻細、532 _、833 11〇1之折射率， 使用δ亥等3個波長之折射率之值，並根據波長與折射率之 121535.doc 200815306 及c ’求出波長與折射率之關 a、b、c為常數） 貝數（vd)所必須之3個波長（F線： nm、C線：656.27 nm)上之折身于 :式2算出阿貝數。 關係式··式1算出常數& 係0 式 1 ·· n=aa4+ b/l2+ e (η為折射率，χ為波長， 根據上述式求出算出阿 486.13 nm、d線：587.56 率，根據阿貝數之定義式
式2 : vd=(nd-l)/(nF-nc) ㈤、”、及nC分別係d線、F線、及C線上之折射率） 表1表示以上述方式求出之折射率nd、阿貝數vd、及直 線透射率。
121535.doc 14· 200815306 [表i]
試料序號 X y V 折射率nd 阿貝數 Vd 直線透射率 (%) η 0.00 0.00 5.0 1.833 54.4 0,1 2 0.00 0.10 5.0 1.843 53.9 28.1 3 0.00 0.20 5.0 1.853 52.0 48.2 4 0.00 0.30 5.0 1.864 50.2 53.1 5 0.00 0.40 5.0 1.874 48.3 58.6 6 0.00 0.50 5.0 1.884 46.4 69.4 7 0.00 0.60 5.0 1.895 44.6 73.3 8 0.00 0·70 5.0 1.905 42.7 72.6 9 0.00 0.80 5.0 1.915 40.9 74.9 10 0.00 0.90 5.0 1.926 39.0 ’ 68.1 11 0.00 1.00 5.0 1.936 37.1 49.7 12 0.25 0.25 5.0 1.867 50.0 53.1 13 0.50 0.50 5.0 1.901 45.6 60.5 *14 0.00 0.60 4.0 1.899 42.4 1.3 *15^ 0.00 0.60 4.2 1.898 48.7 3.2 16 0.00 0.60 4.4 1.898 45.2 37.8 17 0.00 0.60 4·6 1.898 44.4 44.0 18 0.00 0.60 48 1.896 45.0 48.6 19 0.00 0.60 5.2 1.895 46·6 35.9 20 0.00 0.60 5.4 1.895 49.7 27.4 *21 0.00 0.60 5.6 1.893 43.1 1.5 m 0.00 0.60 5.8 1.892 45.7 1.0 *23 0.00 0.60 6·0 L891 43.2 0.9 表1中，於試料序號前標註有*者係脫離本發明之範圍 者。 根據本發明範圍内之試料2〜13及16〜20，如表1所示，阿 貝數vd為35以上。又，可獲得充分之透光性。 尤其，對於（^之取代量y處於0·3〜0.9之範圍之試料4〜1〇 而言，顯現出直線透射率為5〇%以上之較高值。 相對於此，對於Ga取代量y為0之試料1而言，因未充分 -15- 121535.doc 200815306 地進行燒結，故雖評價了折 實用之透光性。 u貝數，但無法獲得可 又，因試料 14、15、21、22、；？ 9·^ s „ ψ ϊ§ s , 及U之V脫離4·4〜5.4之範 出現異相，從而無法獲得可實用之透光性。 再者，對於本發明範圍内 ^ τρ/ 固 β 之 4 枓 7，測定λ=587·56 nm(d 線)之 TE(transverse electrir，π 而、 • 1C 板電）模態及 TM(transverse magnetic ’橫磁）模態下之各 斤射率時’兩者皆為1.895。 如此，TE模態及TM模態 .之各折射率互為相同值，因此 可知未產生雙折射。 【圖式簡單說明】 ^係表示作為使用本發明之透光性陶究而構成之光學 々件之弟1例的雙凸透鏡10之剖面圖。 ^ 2係表不作為使用本發明之透光性陶竟而構成之光學 苓件之第2例的雙凹透鏡11之剖面圖。 不圖3係表示作為使用本發明之透光性陶竟而構成之光學 苓件之第3例的凹凸透鏡12之剖面圖。 “圖4係表示作為使用本發明之透光性陶曼而構成之光學 W件之第4例的光路長度調整板工3之剖面圖。 ，圖5係表示作為使用本發明之透光性陶竟而構成之光學 零件之第5例的球狀透鏡14之剖面圖。 少圖6係圖解性地表示作為搭載有使用本發明之透光性陶 :光而構成之光學零件之光學褒置的一例之光學讀頭9之正 面圖。 圖係圖解ϋ地表不作為搭載有使用本發明之透光性陶 121535.doc -16 - 200815306 瓷而構成之光學零件之光學裝置的一例之高斯型透鏡光學 系統2 0之側面圖。 【主要元件符號說明】
1 記錄媒體 2 物鏡 3 半反射鏡 4 準直透鏡 5 半導體雷射 6 聚光鏡 7 受光元件 8 雷射光 9 光學讀頭 10 雙凸透鏡_ 11. 雙凹透鏡 12 凹凸透鏡 13 光路長度調整板 14 球狀透鏡 20 高斯型透鏡光學系統 21 〜27 透鏡 121535.doc -17-

Claims (1)

  1. 200815306 十、申請專利範圍： !•-種透光性陶兗，其特徵為，以由 足4WS5.4之條件， 又八· LA!从（滿 诉用以保持電中性 之石權石型化合物為主成分，且上述、 數)表示 一部分或全部由Ga取代。 w A1之 2· 一種透光性陶瓷，其转 、特斂為，以由一般式··（γ (^队（滿足4.4^54之條件，讀用以保持性 之正數，必須包含Υ)表示之石權石型化合物為主成分， 且上述（Y，Gd)3Alv〇w中，A1之一部分或全部由^取代。 3.如請求項⑷之透光性陶:是，其中上述斷如肩莫耳。/。 由Ga取代。 4·如請求項1或2之透光性陶瓷，其中波長為nm之可見 光於厚度為0.4 mm之試料上之直線透射率為2〇%以上。 5· —種光學零件，其包含請求項丨或2之透光性陶瓷。 6· —種光學裝置，其搭载有請求項5之光學零件。 121535.doc
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