专利名称：：透光性陶瓷及其制造方法、以及光学零件及光学装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及作为透镜等光学零件有用的透光性陶瓷及其制造方法，以及使用这些的光学零件及光学装置。
背景技术：
：一直以来，作为装载于光拾波器等光学装置上的透镜等光学零件的材料，例如，如专利文献1及专利文献2所记载，使用玻璃或塑料或铌酸锂等单晶体。玻璃及塑料因光透射率高，进行规定形状的加工容易，其主要被用于透镜等光学零件。另一方面，铌酸锂单晶体利用电光学特性及双折射，其主要被用于光导线路等的光学零件。在使用这种光学零件的光拾波器等光学装置中要求其更加小型化及薄型化。然而，在目前的玻璃及塑料中，因为其折射率为2.00以下，在使用这些的光学零件及光学装置中在小型化和薄型化方面具有限度。另外，在塑料中因为不仅具有耐湿性差这类缺点，而且往往产生双折射，因此，还具有使入射光难以高效地透射及聚光之类的缺点。另一方面，例如，铌酸锂单晶体虽然折射率高达2.3，但是由于具有双折射，因此难以用于透镜等光学零件，具有用途被限定这类缺点。作为不产生双折射，且可以提供优异的光学特性的材料，例如，如在专利文献3中所记载，公知的是Ba(Mg，Ta)03系及Ba(Zn，Ta)03系透光性陶瓷。这些表示2.01以上的折射率(下面所说的折射率，只要预先没有特别通知，就是指波长633nm的折射率)。另外，最近，往往要求光学特性的指标之一即反常色散性Aeg，F大的性能。所谓保持反常色散性，详细情况后述，是指保持与通常的光学玻璃不同的波长色散性。反常色散性Aeg，F大时，在色差的修正上是有用的。下面，在本说明书中，反常色散性用负值表示。所谓反常色散性大，是指其绝对值大。然而，在专利文献3中公开的Ba(Mg，Ta)03系及Ba(Zn，Ta)03系透光性陶瓷选用用一般式AB03表示的钙钛矿结构，特别是，选用由其B位置元素为2种以上的元素的组合构成的复合钙钛矿结构。即，主要是，由Mg及/或Zn组成的2价金属元素和由Ta及/或Nb构成的5价金属元素以大致近似1:2摩尔比存在，由此大致保持电中性。另外，通过用Sn、Zr等4价元素置换B位置元素即Mg、Ta及/或Zn，可以使折射率及色散系数等光学特性变化。但是，在专利文献3中记载的透光性陶瓷中，存在反常色散性Aeg，F小之类问题。例如，Ba{(Sn，Zr)Mg，Ta!03系的Aeg，F限于一0.013、Ba(Zr，Zn，Ta)03系的厶eg，F限于—0.006，Ba{(Sn，Zr)Mg，Nb}03系的Aeg，F限于一O.OOO。专利文献l:特开平5—127078号公报(全页、图l)专利文献2:特开平7—244865号公报(权利要求6，段落序号0024)专利文献3:国际公开第02/49984号小册子(全页、全图)
发明内容本发明是鉴于上述问题而开发的，其目是在于，提供一种透光性陶瓷及其制造方法，具有高直线透射率及高折射率，且不仅没有实质的双折射，而且反常色散性大。本发明其另外的目的在于，提供一种以小的外形尺寸可以发挥出所希望的光学特性的光学零件，以及使用该光学零件的光学装置。本发明的透光性陶瓷的特征在于，以由一般式AxByOw表示的烧绿石型化合物为主要成分，且所述主要成分的晶系为立方晶，其中，AxByOw满足的条件，且w为用于保持电中性的正数。在此，应当注意的是，本发明的透光性陶瓷是具有烧绿石结构的陶瓷，该陶瓷用于获得透光性的必须条件是晶系表示立方晶体。如上所述，晶系是否为立方晶体，根据上述A和B的每个元素的种类，优选A为3价金属元素，B为4价金属元素。特别是，更优选A为从La、Y、Gd、Yb及Lu中选择的至少一种元素，B为从Ti、Sn、Zr及Hf中选择的至少一种元素。本发明的透光性陶瓷，优选波长为633nm的可见光的、试样厚度0.4mm的直线透射率(下面，仅称为"直线透射率")为20%以上时，显示高的直线透射率。另外，为更好地抑制双折射，本发明的透光性陶瓷优选多晶体。本发明还用做制造如上所述的透光性陶瓷的方法。本发明的透光性陶瓷的制造方法，在第一实施方式中，其特征在于，具备准备将陶瓷原料粉末成形为规定形状的未烧制的陶瓷成形体的工序；在氧气浓度为98体积％以上的氛围气中，烧制未烧制的陶瓷成形体的工序。本发明的透光性陶瓷的制造方法，在第二实施方式中，其特征在于，具备准备将陶瓷原料粉末成形为规定形状的未烧制的陶瓷成形体的工序；准备和所述陶瓷原料粉末实质上为相同组成的同时烧制用组成物的工序；一边使所述同时烧制用组成物与所述未烧制的陶瓷成形体接触，一边在氧气浓度为90体积％以上的气氛中，烧制所述未烧制的陶瓷成形体的工序。如果比较关于上述制造方法的第一及第二实施方式，在第一实施方式中，不使用同时烧制用组成物，但是，烧制时的氛围气的氧气浓度提高为98体积％以上。另一方面，在第二实施方式中，使用同时烧制用组成物，且使其与未烧制的陶瓷成形体接触同时实施烧制工序。在这种情况下，烧制时的氛围气的氧气浓度的下限可以比较低，为90体积％。另外，比较获得的透光性陶瓷的直线透射率时，采用了第二实施方式的制造方法的一方，可以更加提高所获得的透光性陶瓷的直线透射率。实施本发明的透光性陶瓷的制造方法的上述的第二实施方式时，优选同时烧制用组成物处于粉末状态，在将未烧制的陶瓷成形体埋入同时烧制用组成物中的状态下实施烧制工序。另外，本发明还用作由上述透光性陶瓷构成的光学零件及装载有该光学零件的光学装置。发明效果根据本发明，可以获得透光性陶瓷，该透光性陶瓷具有高直线透射率及高折射率，不仅没有实质性的双折射，而且具有大的反常色散性。因此，以小型可以发挥规定的光学特性，且可以获得在摄像机等白色光学系的色差修正上有用的光学零件。图1是表示作为使用本发明的透光性陶瓷而构成的光学零件的第1例的双凸透镜IO的剖面图2是表示作为使用本发明的透光性陶瓷而构成的光学零件的第2例的双凹透镜ll的剖面图3是表示作为使用本发明的透光性陶瓷而构成的光学零件的第3例的凸凹透镜12的剖面图4是表示作为使用本发明的透光性陶瓷而构成的光学零件的第4例的光路长调整板13的剖面图5是表示作为使用本发明的透光性陶瓷而构成的光学零件的第5例的球状透镜14的剖面图6是以图解的方式表示作为装载有使用本发明的透光性陶瓷而构成的光学零件的光学装置的一例的光拾波器9的主视图7是表示在实验例中制作的、关于作为本发明的范围内的实施例的透光性陶瓷的直线透射率的波长依存性的图。图中1记录介质，2物镜透镜，3半透明反射镜，4准直仪透镜，5半导体激光器，6聚光透镜，7受光元件，8激光，9光拾波器，10双凸透镜，11双凹透镜，12凸凹透镜，13光路长调整板，14球状透镜。具体实施例方式本发明的透光性陶瓷的主要成分为用一般式AxByOw(其中，满足1.00Sx/y^1.10的条件且w为用于保持电中性的正数)表示的烧绿石型化合物。在该烧绿石结构的陶瓷中，晶系为立方晶体时，可以使陶瓷具有透光性。而且，根据本发明的透光性陶瓷，其没有实质性的双折射，能够使其具有高直线透射率及高折射率，而且例如与专利文献3所述的透光性陶瓷比较可以使其具有大的反常色散性。在此，就反常色散性进行说明。一般地，光学玻璃大多在部分色散比eg，F和阿贝数Ud之间大致构成直线关系，将这种玻璃称为正常部分色散玻璃(标准玻璃)。另一方面，处于脱离该直线关系的位置的玻璃种类称为反常部分色散玻璃(异常玻璃)。反常色散性的大小用来自连结作为标准玻璃的基准的K7和F2而获得的标准线的部分色散比的偏差来表示。部分色散比6g，F用式l表示。式1:6g，P=(ng—nF)/(nF—nc)(式中，n表示折射率、下标表示入射光线的波长。其中，g线的波长为435.83nm，F线的波长为486.13nm，C线的波长为656.27nm。)另外，色散系数Ud用式2表示。式2:ud=(nd—1)/(nF—nc)(式中，n表示折射率，下标表示入射光线的波长。其中，d线的波长为587.56nm。)即，所谓反常色散性高就是折射率的波长色散与通常的玻璃光学材料不同，在光学系色差修正中是有用的。在本发明的透光性陶瓷中，反常色散性aeg，F表示负值，根据后述的实验例，显示为大到一0.026一0.017的值。因此，在重视光学系统的色差修正的光学系统中，本发明的透光性陶瓷性能优异。在表示作为本发明的透光性陶瓷的主要成分的烧绿石型化合物的一般式AJByOw中，1.00^x/y芸1.10的条件为用于体现透光性的条件。x/y偏离该条件时，直线透射率降低到不足20%。在本发明的透光性陶瓷中，另外，主要成分的结晶系为立方晶体，是用于获得透光性的必须的主要条件。是否是立方晶体取决于AxByOw中的A和B的每种元素的种类。在这种情况下，优选A为3价金属元素，B为4价金属元素，更优选A为从La、Y、Gd、Yb及Lu中选择的至少一种元素，B为从Ti、Sn、Zr及Hf中选择的至少一种元素。另外，本发明的透光性陶瓷优选为多晶体结构。另外，在本发明的透光性陶瓷的组成中，在不损害本发明的目的的范围内，也可以包含不可避免地混入的杂质。例如，作为包含于作为原料而使用的氧化物或氢氧化物中的杂质及在制作工序中混入的杂质，可以举出Si02、Fe203、B205、A1203、W205、Bi203、Sb20s及CuO等。下面，就本发明的透光性陶瓷的制造方法进行说明。透光性陶瓷的制造方法中，具有2个典型的实施方式。在第l实施方式中，为了制造透光性陶瓷，准备将陶瓷原料粉末成形为规定形状的未烧制的陶瓷成形体，接着，在氧气浓度为98体积％以上的氛围气中实施烧制未烧制的陶瓷成形体的工序。在第2实施方式中，为了制造透光性陶瓷，准备将陶瓷原料粉末成形为规定形状的未烧制的陶瓷成形体的同时，准备和该陶瓷原料粉末实质上为同组成的同时烧制用组成物，接着，使同时烧制用组成物与未烧制的陶瓷成形体接触，同时在氧气浓度为90体积％以上的氛围气中实施烧制未烧制的陶瓷成形体的工序。在上述的制造方法中，所谓同时烧制用组成物，就是例如，对以成为与上述陶瓷成形体相同的组成的方式调整后的原材料进行烧结、粉碎而获得的粉末。利用该同时烧制用组成物，可以抑制在烧制时上述陶瓷成形体中的挥发成分的挥发。因此，优选在将未烧制的陶瓷成形体埋入同时烧制用组成物的粉末中后的状态下来实施烧制工序。另外，同时烧制用组成物不限于粉末，也可以是成形体或烧结体。同时烧制用组成物优选与用于上述陶瓷成形体的陶瓷原材料粉末具有相同的组成，只要是实质上为同组成即可。所谓同时烧制用组成物与用于未烧制的陶瓷成形体的陶瓷原材料粉末实质上为同组成，意味着其为包含有同一结构元素的同等的组成系统，也可以不是完全统一的组成比率。另外，同时烧制用组成物也可以为不一定具有能够使其具有透光性的组成。比较以上第一及第二实施方式时，在第一实施方式中，没有必要使用同时烧制用组成物，但是烧制时的氛围气的氧气浓度必须高于98体积％以上。另一方面，在第二实施方式中，由于使用同时烧制用组成物，因此可以将氧气浓度的下限降低为90体积％。另外，比较获得的透光性陶瓷的直线透射率时，第二实施方式的方法与第一实施方式相比，可以使直线透射率更加提高。另外，在第一及第二实施方式的任一方式中，烧制工序的压力也可以在大气压或其以下。艮卩，没有必要为HIP(HotIsostaticPress)等加压氛围气。另外，虽然本发明的透光性陶瓷显示高直线透射率，但是如果在表面形成反射防止膜(AR膜Anti—Reflectkm膜)，可以更进一步提高直线透射率。该反射防止膜优选为由MgO等电介质构成的膜。例如直线透过率是75.2%，且折射率是2.0868时，依据菲涅耳(Fresnd)法则，直线透射率的理论最大值是77.9%。这时，相对于理论值的相对透射率是96.5%。这就表示在试样内部的透射损失几乎没有。因此，如果在试样表面形成反射防止膜，将获得的直线透射率可以大致作为理论值。另外，本发明的透光性陶瓷可以应用于透镜等光学零件，例如，可以在如图1图5分别表示的双凸透镜10、双凹透镜11、凸凹透镜12、光路长调整板13及球状透镜14中利用。另外，以光拾波器为例就装载有这种光学零件的光学装置进行说明。如图6所示，光拾波器9用于对光盘和小磁盘等记录介质1照射相干光即激光8，利用其反射光使已记录在记录介质1上的信息再现。在这种光拾波器9中，设置有将来自作为光源的半导体激光器5的激光8转换为平行光的准直仪透镜4，在其平行光的光路上设置有半透明反射镜3。该半透明反射镜3是使来自准直仪透镜4的入射光通过并直线前进，但是对于来自记录介质1的反射光，则通过反射将其行进方向例如变更约90度的透镜。另外，在光拾波器9中，设置有用于将来自半透明反射镜3的入射光聚集在记录介质1的记录面上的物镜透镜2。该物镜透镜2是还用于将来自记录介质1的反射光高效地向半透明反射镜3进行发送的透镜。在入射了反射光的半透明反射镜3中，相位利用反射而变化，由此来改变上述反射光的前进方向。另外，在光拾波器9中，设置有用于对变更后的反射光进行聚光的聚光透镜6。而且，在反射光的聚光位置，设置有用于再现来自反射光的信息的受光元件7。在以这种方式构成的光拾波器9中，将本发明的透光性陶瓷作为物镜透镜2的原材料而使用时，由于本发明的透光性陶瓷折射率大，因此光拾波器9能够小型化和薄型化。下面，根据实验例说明本发明的透光性陶瓷。实验例1准备各个高纯度的La(OH)3、Y203、Gd203、Yb203、Lu203、Sn02、Zr02、Ti02、及Hf02的各粉末作为原材料。而且，称量每个原材料并在球磨机中进行20小时湿式混合，以获得用一般式:AxBYOw(w为用于保持电中性的正数)表示的、表1所示的各试样。使该混合物干燥后，在1300。C进行3小时烧结，从而获得临时烧结粉体。烧结后，w值大致为7。另外，表l的"B的元素和含有量"一栏中，B元素的种类是一种时，其含有量为与y值相同，元素种类为两种时，各自的含有量的和为y的值。接着，将上述临时烧结粉末和水及有机粘接剂一起加入球磨机，进行12小时湿式粉碎。使用乙基纤维素作为有机粘接剂。另外，除使用乙基纤维素以外，只要象聚乙烯醇等之类的具备作为陶瓷成形体用的结合剂的机能，且在烧制工序中达到烧结温度前，在500。C左右与空气中的氧反应气化为二氧化碳和水蒸气等而消失，就可以作为有机粘接剂使用。接着，使上述粉末干燥后，使通过50目网(筛子)而形成颗粒，通过以196MPa压力按压所获得的粉末进行挤压成形，从而获得直径30mm及厚度2mm圆板状的未烧制的陶瓷成形体。接着，将上述未烧制的陶瓷成形体加入烧制炉，在空气氛围气中加热并进行脱粘接剂处理。一边连续地升温一边向烧制炉内注入氧气，在最高温度16001700°C范围内，使烧制氛围气的氧气浓度上升至约98体积％。在此，关于最高温度，要根据材料组成适当选择最合适的温度，例如，试样6的最高温度是1675°C。维持该烧制温度及氧气浓度，对上述成形物进行20小时烧制而得到烧结体。另外，烧制时的全压为l大气压。将这样得到的烧结体进行镜面加工，最后加工成厚度0.4mm的圆板状作为透光性陶瓷的试样。就上述每个试样而言，测定波长A为633nm的直线透射率。在该直线透射率的测定中，使用岛津制作所分光光度计(UV—2500)。另外，本发明以直线透射率为20%以上为目标。另外，使用Metricon社制棱镜发色剂(M0DEL2010)，再测定波长入为409nm、532腦及833nm的折射率。而且，使用这3个波长(409服、532nm及833nm)时的折射率的值，由波长和折射率的关系式(Cauchy式)式3计算出常数a、b及c，求出波长和折射率的关系。式3:n=a/A4+b/A2+c(n为折射率、人为波长、a、b及为常数)由该式求出阿贝数Ud的算出所必要的3个波长(F线486.13nm、d线587.56nm、C线656.27nm)的折射率，然后由上述的阿贝数的定义式式2算出阿贝数。再由上述式3求出g线(435.83nm)的折射率，由前式1算出部分色散比9g，F。在反常色散性Aeg，F的计算中，使用从业人员非常了解的下面的方法。即将K7和F2作为基准玻璃种类，将9g，F—Yd图中连接这2种玻璃种类的直线和各自试样的Sg，F的差作为A9g，F求出。以上，表1表示各试样的在633nm时的直线透射率、d线时的折射率nd、阿贝数Ud、反常色散性Aeg，F的结果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在表l中，试样序号中附加*符号的试样为本发明的范围外的试样。在本发明的范围内的所有试样中获得20%以上的直线透射率，获得2.03以上折射率，而且，就反常色散性而言，显示出大到一0.0260.017的值。与此相对，在本发明范围外的试样14及9中，由于x/y偏离1.00Sx/y^l.lO的范围，因此直线透射率不足20%。在表1所示的试样内，就获得最高的直线透射率的试样6而言，对可见光的波段(A二350900nni)中的直线透射率的波长依存性进行了评价，图7表示其结果。另外，在显示出最高的直钱透射率的试样6中，如表1所示，在633nm波长中的直线透射率是75.2%、折射率为2.0868。一般地，在直线透射率的测定中，由于光自空气中对试样垂直地入射，因此，光被试样的表面和里面(即试料和空气的界面)反射。折射率为2.0868时，减去试样表里面的反射后的直线透射率的理论最大值是77.9%。为试样6时，因为测定的直线透射率是75.2%，因此相对于理论值的相对透射率是96.5%。这表明试样内部的透射损失几乎没有。因此，只要例如在试样的表面形成前述的反射防止膜，将获得的直线透射率就可以大致达到理论值。实验例2设定为与上述实验例1中制作的试样6相同的组成，并且将烧制温度分别变化为1625。C及1700。C而制作烧结体。在这些试样的制作中，除改变烧制温度以外，应用与实验例1中制作的试样6的情况相同的条件。而且，对于改变烧制温度后的各试样，用与实验例1的情况相同的评价方法，评价其直线透射率、折射率及阿贝数。表2表示其评价结果。表2还一并表示有关于前述的实验例1中获得的试样6(烧制温度1675°C)的评价结果。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>由表2可知，就直线透射率而言，烧制温度为1625°C及1700°C的试样比烧制温度为1675。C的试样稍差，都显示出足够20%以上的值。另外，就折射率及阿贝数而言，即使改变烧制温度，也显示出彼此等同的值。由此得知，本发明的透光性陶瓷也可以改变烧制温度进行制作。实验例3在应用与实验例1中制作的试样6相同的组成，而烧制未烧制的陶瓷成形体时，将相同的组成的粉末作为同时烧制用组成物而准备该陶瓷成形体，除了在将未烧制的陶瓷成形体埋入该粉末中的状态下实施烧制工序以外，应用与在实验例1中制作的试样6的情况相同的条件来获得成为试样的烧结体。而且，就使用该同时烧制用组成物烧制而成的试样而言，用与实验例l的情况相同的评价方法，测定其直线透射率。表3表示其测定结果。在表3中，还一并表示有关于前述的实验例1中获得的试样6(同时烧制用组成物不使用)的直线透射率。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>由表3可知，根据使用了同时烧制用组成物的试样，与不使用其的试样相比较，可获得更高的直线透射率。产业上的利用可能性本发明的透光性陶瓷，直线透射率高、折射率大、折射率及阿贝数的调整范围广，不仅没有实质性的双折射，而且反常色散性高。因此，尤其是在重视色差修正的光学系统中可以有利地应用权利要求1、一种透光性陶瓷，其特征在于，以由一般式AxByOw表示的烧绿石型化合物为主要成分，且所述主要成分的晶系为立方晶，其中，AxByOw满足l.OO^x/y^l.lO的条件，且w为用于保持电中性的正数。2、如权利要求1所述的透光性陶瓷，其特征在于，所述A为3价金属元素，所述B为4价金属元素。3、如权利要求2所述的透光性陶瓷，其特征在于，所述A为从La、Y、Gd、Yb及Lu中选择的至少一种元素，所述B为从Ti、Sn、Zr及Hf中选择的至少一种元素。4、如权利要求l所述的透光性陶瓷，其特征在于，波长为633nm的可见光对厚度为0.4mm的试样的直线透射率是20%以上。5、如权利要求1所述的透光性陶瓷，其特征在于，该透光性陶瓷是多晶体。6、一种透光性陶瓷的制造方法，用于制造如权利要求15中任一项所述的透光性陶瓷，其特征在于，具备准备将陶瓷原料粉末成形为规定形状的未烧制的陶瓷成形体的工序；在氧气浓度为98体积％以上的气氛中，烧制所述未烧制的陶瓷成形体的工序。7、一种透光性陶瓷的制造方法，用于制造如权利要求15中任一项所记载的透光性陶瓷的方法，其特征在于，具备准备将陶瓷原料粉末成形为规定形状的未烧制的陶瓷成形体的工序；准备和所述陶瓷原料粉末实质上为相同组成的同时烧制用组成物的工序；一边使所述同时烧制用组成物与所述未烧制的陶瓷成形体接触，一边在氧气浓度为90体积％以上的气氛中，烧制所述未烧制的陶瓷成形体的工8、如权利要求7所述的透光性陶瓷的制造方法，其特征在于，所述同时烧制用组成物处于粉末状态，在将所述未烧制的陶瓷成形体埋入所述同时烧制用组成物中的状态下实施所述烧制工序。9、一种光学部件，其特征在于，由如权利要求15中任一项所述的透光性陶瓷构成。10、一种光学装置，其特征在于，装载有如权利要求9所述的光学部件。全文摘要本发明提供一种透光性陶瓷，其具有高直线透射率及高折射率，且不仅没有实质性的双折射，而且反常色散性大。所述透光性陶瓷将用一般式A<sub>X</sub>B<sub>Y</sub>O<sub>W</sub>(其中，满足1.00≤x/y≤1.10的条件且w为用于保持电中性的正数)表示的烧绿石型化合物作为主要成分，且该主要成分的晶系为立方晶体。优选A为3价金属元素，B为4价金属元素，更优选A为从La、Y、Gd、Yb及Lu中选择的至少一种元素，B为从Ti、Sn、Zr及Hf中选择的至少一种元素。该透光性陶瓷例如可以作为在光拾波器(9)上具备的物镜(2)的材料而有利地使用。文档编号G11B7/135GK101312926SQ20068004368公开日2008年11月26日申请日期2006年11月1日优先权日2005年11月25日发明者林刚司申请人:株式会社村田制作所