光学素子
【課題】高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供する。
【解決手段】平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなる光学素子。前記ＬｎがＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性を有することが好ましい。前記セラミックス粒子が球形であることが好ましい。
【解決手段】平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなる光学素子。前記ＬｎがＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性を有することが好ましい。前記セラミックス粒子が球形であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子に関し、特にレンズ等に使用される高精度な光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラを始めとするカメラの生産量が増し、より高性能の光学レンズが要求されている。特にカメラ等の光学性能を向上させるためには、高屈折低分散の光学材料が必要となってきている。
【０００３】
結晶材料では、従来の光学ガラスには無い高屈折低分散の光学性能が実現できるが、光学用途に適した透過率の良い材料として使用するには、単結晶材料を使用するか、或いは結晶粒子を焼結させて使用する方法があった。
【０００４】
単結晶材料は、非常に高価であり、また光学レンズに適した直径の大きな材料が得られ難いという問題があった。
結晶粒子を焼結させる方法では、粒子直径が大きいと、焼結時に大きな粒界が生じ、光学レンズとして透過率の低下が生じたり、レンズ形状に加工する際に粒界によりレンズ表面に欠陥が生じ、良好な光学レンズが得られ難いという問題があった。
【０００５】
粒径の小さい結晶粒子として、特許文献１には、結晶粒子径が１００ｎｍ以下の透光性セラミックスの例が開示されている。
【特許文献１】特開平６―５６５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、結晶粒径が１００ｎｍ以下の透光性セラミックスの例が開示されているが、１００ｎｍ以下の結晶粒子を焼結させる工程では、焼結前の予備成形体を形成する際に、嵩密度が小さいために取扱が非常に困難となる。
【０００７】
一方、高屈折率、低分散の光学特性を有するセラミックスの中には、焼結温度が高く、焼結の工程でプロセス上の困難さを伴うものが多く存在する。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する第一の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【０００９】
上記の課題を解決する第二の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる被覆層を被覆してなる２層構造の粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、特定のセラミックス粒子を用いて、通常の焼結工程よりも低温で結晶粒子を真空焼結させ、欠陥の無い高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供することを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学素子は、例えば光学系に用いられるレンズ、プリズムなどが挙げられる。
まず、本発明に係る第一の光学素子について説明する。
【００１３】
本発明に係る第一の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【００１４】
セラミックス粒子は、ＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５の粒子からなる。
前記Ｌｎは希土類族元素からなり、具体的にはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ、Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕが挙げられる。それらの希土類族元素のうち、特にＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。
【００１５】
セラミックス粒子の平均粒子径は１μｍ以上１０μｍ以下が望ましい。平均粒子径が０．１μｍ未満では、粒子が細かく、部分的な凝集が生じるので、加圧の際に充分に緻密化し難く、また焼結後の光学素子中に泡が残留し、光学素子としての使用に不適となる。平均粒子径が１０μｍをこえると、加圧の際に空隙が生じやすく、焼結後に得られた結晶に粒界が生じやすく、研磨時に粒子の脱落が生じ、良好な表面を有する光学素子が得られない。
【００１６】
セラミックス粒子の形状は球形が好ましい。球形から不定形に移るほど、加圧の際に空隙が生じやすく、焼結後に得られた結晶に粒界が生じやすく、良好な光学素子が得られない。なお、球形とは、球の断面形状の縦径／横径＝１±０．１が好ましい。
【００１７】
前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性をことが好ましい。
本発明の光学素子を製造する方法は、第１段階としてプラズマ溶融などの方法により、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下の球状のセラミックス粒子を作製する。
【００１８】
第２段階として、この球状のセラミックス粒子を、鋳込み成形、乾式成形あるいは湿式成形により予備成形体を作製する。
第３段階として、この予備成形体を真空中にて焼結させ、その後に、研削、研磨工程を経て、光学レンズ等の光学素子を得る。
【００１９】
セラミックス粒子の成形体を真空焼結すると、セラミックス粒子間の隙間に存在する気泡を抜くこができるので好ましい。
本発明は、通常の焼結工程よりも低温で結晶粒子を真空焼結させ、欠陥の無い高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を得ることができる。
【００２０】
真空焼結の真空度は、０．１Ｐａ以下が好ましい。
次に、本発明に係る第二の光学素子について説明する。
本発明に係る第二の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる被覆層を被覆してなる２層構造の粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る第二の光学素子は、セラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる層を被覆した２層構造の粒子を用いることを特徴とする。セラミックス粒子は第一の光学素子のセラミックス粒子と同様のものが用いられる。
【００２２】
前記セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスは、結晶またはガラスであるのが好ましい。
前記２層構造の粒子は、球形であることが好ましい。
【００２３】
前記２層構造の粒子において、セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる層を被覆した被覆層の厚さは、０．１μｍ以上１μｍ以下が好ましい。
また、セラミックス粒子の表面に被覆層を形成する方法は、プラズマ熔融法により行なわれる。
【００２４】
本発明の光学素子を製造する方法は、第１段階としてプラズマ溶融などの方法により、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下の球状のセラミックス粒子を作製する。第２の段階としてこの粒子を、鋳込み成形、乾式成形あるいは湿式成形により予備成形体を作製する。
【００２５】
第２の方法として、プラズマ溶融などの方法により、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下の球状のセラミックス粒子の表面に被覆層を有する２層構造の球形の粒子を作製する。第２の段階としてこの２層構造の粒子を、鋳込み成形、乾式成形あるいは湿式成形により予備成形体を作製する。
第３段階として、この予備成形体を真空中にて焼結させ、その後に、研削、研磨工程を経て、光学レンズ等の光学素子を得る。
【００２６】
真空焼結の方法は、第一の光学素子の真空焼結の方法と同様である。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。
実施例１
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００２８】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３２００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３２００℃をこえると原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００２９】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子を得た。
【００３０】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を測定した結果を表１に示す。なお、アッベ数は分散を示す値である。各光学素子は、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００３１】
＜測定方法＞
（１）屈折率
屈折率は、プルフリッヒ法屈折率測定装置（商品名「ＫＰＲ−２０００」、島津デバイス製造株式会社）を用いて波長５８７ｎｍで測定し求めた値（ｎｄ）を示す。
（２）アッベ数
アッベ数は、プルフリッヒ法屈折率測定装置を用いて、波長５８７ｎｍ，４８６ｎｍ，６５６ｎｍの屈折率ｎｄ，ｎＦ，ｎＣを求め、アッベ数νｄをνｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）の式で求めた値を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
実施例２
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００３４】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が３μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００３５】
この球状粒子を実施例１と同様の方法で、乾式成形、真空中にて焼結し、得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表１に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００３６】
実施例３
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００３７】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が１０μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００３８】
この球状粒子を実施例１と同様の方法で、乾式成形、真空中にて焼結し、得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表１に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００３９】
比較例１
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物となる比率で原料を調整し、混合した。
【００４０】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が０．１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は３５００℃以上とした。
【００４１】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
【００４２】
得られた光学素子を光学顕微鏡で観察したところ、素子中に泡が多数観察され、光学素子としての使用には不適切であった。
【００４３】
比較例２
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物となる比率で原料を調整し、混合した。
【００４４】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が１００μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３２００℃以下とした。
【００４５】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
【００４６】
得られた光学素子の表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが多数存在し、光学素子としての使用には不適切であった。
【００４７】
実施例４
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００４８】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで、微粒子を得る熱プラズマ法にて、平均粒子径が１μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが０．１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３２００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３２００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００４９】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結温度は１１００℃で、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子を得た。
【００５０】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を測定した結果を表２に示す。光学素子は高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００５１】
焼結温度が、表２に示す様に、１１５０℃から１５００℃のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ０．５Ｇｄ０．５ＡｌＯ３、Ｙｂ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｌａ１０Ａｌ４Ｏ２１のセラミックス粒子の周囲に、焼結温度が１１００℃のＧｄＡｌＯ３を被覆層として設けることにより、焼結温度を１１００℃に下げることができた。
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記の表の焼結温度は全て１１００℃とする。
【００５４】
実施例５
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００５５】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が３μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが０．３μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００５６】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。
【００５７】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表２に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００５８】
焼結温度が１１５０℃から１５００℃のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ０．５Ｇｄ０．５ＡｌＯ３、Ｙｂ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｌａ１０Ａｌ４Ｏ２１の周囲に、焼結温度が１１００℃のＧｄＡｌＯ３を被覆層として設けることにより、焼結温度を１１００℃に下げることができた。
【００５９】
実施例６
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００６０】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が１０μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００６１】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。
【００６２】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表２に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００６３】
焼結温度が１１５０℃から１５００℃のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ０．５Ｇｄ０．５ＡｌＯ３、Ｙｂ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｌａ１０Ａｌ４Ｏ２１の周囲に、焼結温度が１１００℃のＧｄＡｌＯ３を被覆層として設けることにより、焼結温度を１１００℃に下げることができた。
【００６４】
実施例７
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００６５】
また、被覆層として、表３の組成で表４の特性を有するガラスを用意し、この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部には表３に示す組成で、表４に示す特性を有するガラスを導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が１０μｍ、被覆層であるガラスの平均厚さが１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００６６】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの予備成形体を得た。
この予備成形体を７５０℃以上の温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。焼結時間は１時間以上４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ３ｍｍの試料とした。
【００６７】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表２に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００６８】
焼結温度が高温であるセラミックスの周囲に、ガラス転移温度が６００℃のガラスを被覆層として設けることにより、焼結温度を７５０℃に下げることができた。
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
比較例３
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３，およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００７２】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が０．１μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが０．０１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は３５００℃以上とした。
【００７３】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
【００７４】
得られた光学素子を光学顕微鏡で観察したところ、素子中に泡が多数観察され、光学素子としての使用には不適切であった。
【００７５】
比較例４
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００７６】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部には表３の組成で表４の特性を有するガラスを導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が１００μｍ、被覆層であるガラスの平均厚さが１０μｍの球状粒子を得た。
【００７７】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの予備成形体を得た。
この予備成形体を７５０℃以上の温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。焼結時間は１時間以上４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ３ｍｍの試料とした。
【００７８】
得られた光学素子の表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが多数存在し、光学素子としての使用には不適切であった。
本発明において、中央部分と被覆層の光学物性はことなるが、被覆層の厚さが直径の十分の１であり、断面積比が１：１００であるため、得られた光学素子の光学物性は、ほぼ中央のセラミックスに等しいものであった。
【００７９】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。原料に例えば、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２のような複合合酸化物を用いてもよく、酸化物以外に炭酸塩、硝酸塩も用いることができる。予備成形体作製は鋳込み成形、湿式成形でも可能である。その際に少量の有機バインダーを加えることもできる。
【００８０】
使用する希土類族元素はＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕの他にも、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ、Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍを使用することも可能である。
また、乾式成形、真空加熱の２段階の工程に換えて、ＨＩＰ（熱間静水圧成形）により加熱時間を３から２４期間に短縮することが可能である。
【００８１】
予備成形体、焼結体それぞれの直径は２０ｍｍ以上、厚さは２ｍｍ以上の作製も可能である。
予備成形体、焼結体の大きさは、直径２０ｍｍ以上、厚さ５ｍｍ以上のものの作製も可能であった。
【００８２】
また被覆層として、本発明の実施例以外の組成のガラスの使用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の光学素子は、高屈折率、低分散の光学特性を有するので、レンズ、プリズムとして利用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子に関し、特にレンズ等に使用される高精度な光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラを始めとするカメラの生産量が増し、より高性能の光学レンズが要求されている。特にカメラ等の光学性能を向上させるためには、高屈折低分散の光学材料が必要となってきている。
【０００３】
結晶材料では、従来の光学ガラスには無い高屈折低分散の光学性能が実現できるが、光学用途に適した透過率の良い材料として使用するには、単結晶材料を使用するか、或いは結晶粒子を焼結させて使用する方法があった。
【０００４】
単結晶材料は、非常に高価であり、また光学レンズに適した直径の大きな材料が得られ難いという問題があった。
結晶粒子を焼結させる方法では、粒子直径が大きいと、焼結時に大きな粒界が生じ、光学レンズとして透過率の低下が生じたり、レンズ形状に加工する際に粒界によりレンズ表面に欠陥が生じ、良好な光学レンズが得られ難いという問題があった。
【０００５】
粒径の小さい結晶粒子として、特許文献１には、結晶粒子径が１００ｎｍ以下の透光性セラミックスの例が開示されている。
【特許文献１】特開平６―５６５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、結晶粒径が１００ｎｍ以下の透光性セラミックスの例が開示されているが、１００ｎｍ以下の結晶粒子を焼結させる工程では、焼結前の予備成形体を形成する際に、嵩密度が小さいために取扱が非常に困難となる。
【０００７】
一方、高屈折率、低分散の光学特性を有するセラミックスの中には、焼結温度が高く、焼結の工程でプロセス上の困難さを伴うものが多く存在する。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決する第一の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【０００９】
上記の課題を解決する第二の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる被覆層を被覆してなる２層構造の粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、特定のセラミックス粒子を用いて、通常の焼結工程よりも低温で結晶粒子を真空焼結させ、欠陥の無い高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を提供することを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学素子は、例えば光学系に用いられるレンズ、プリズムなどが挙げられる。
まず、本発明に係る第一の光学素子について説明する。
【００１３】
本発明に係る第一の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【００１４】
セラミックス粒子は、ＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５の粒子からなる。
前記Ｌｎは希土類族元素からなり、具体的にはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ、Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕが挙げられる。それらの希土類族元素のうち、特にＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることが好ましい。
【００１５】
セラミックス粒子の平均粒子径は１μｍ以上１０μｍ以下が望ましい。平均粒子径が０．１μｍ未満では、粒子が細かく、部分的な凝集が生じるので、加圧の際に充分に緻密化し難く、また焼結後の光学素子中に泡が残留し、光学素子としての使用に不適となる。平均粒子径が１０μｍをこえると、加圧の際に空隙が生じやすく、焼結後に得られた結晶に粒界が生じやすく、研磨時に粒子の脱落が生じ、良好な表面を有する光学素子が得られない。
【００１６】
セラミックス粒子の形状は球形が好ましい。球形から不定形に移るほど、加圧の際に空隙が生じやすく、焼結後に得られた結晶に粒界が生じやすく、良好な光学素子が得られない。なお、球形とは、球の断面形状の縦径／横径＝１±０．１が好ましい。
【００１７】
前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性をことが好ましい。
本発明の光学素子を製造する方法は、第１段階としてプラズマ溶融などの方法により、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下の球状のセラミックス粒子を作製する。
【００１８】
第２段階として、この球状のセラミックス粒子を、鋳込み成形、乾式成形あるいは湿式成形により予備成形体を作製する。
第３段階として、この予備成形体を真空中にて焼結させ、その後に、研削、研磨工程を経て、光学レンズ等の光学素子を得る。
【００１９】
セラミックス粒子の成形体を真空焼結すると、セラミックス粒子間の隙間に存在する気泡を抜くこができるので好ましい。
本発明は、通常の焼結工程よりも低温で結晶粒子を真空焼結させ、欠陥の無い高屈折率、低分散の光学特性を有する光学素子を得ることができる。
【００２０】
真空焼結の真空度は、０．１Ｐａ以下が好ましい。
次に、本発明に係る第二の光学素子について説明する。
本発明に係る第二の光学素子は、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる被覆層を被覆してなる２層構造の粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る第二の光学素子は、セラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる層を被覆した２層構造の粒子を用いることを特徴とする。セラミックス粒子は第一の光学素子のセラミックス粒子と同様のものが用いられる。
【００２２】
前記セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスは、結晶またはガラスであるのが好ましい。
前記２層構造の粒子は、球形であることが好ましい。
【００２３】
前記２層構造の粒子において、セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる層を被覆した被覆層の厚さは、０．１μｍ以上１μｍ以下が好ましい。
また、セラミックス粒子の表面に被覆層を形成する方法は、プラズマ熔融法により行なわれる。
【００２４】
本発明の光学素子を製造する方法は、第１段階としてプラズマ溶融などの方法により、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下の球状のセラミックス粒子を作製する。第２の段階としてこの粒子を、鋳込み成形、乾式成形あるいは湿式成形により予備成形体を作製する。
【００２５】
第２の方法として、プラズマ溶融などの方法により、平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下の球状のセラミックス粒子の表面に被覆層を有する２層構造の球形の粒子を作製する。第２の段階としてこの２層構造の粒子を、鋳込み成形、乾式成形あるいは湿式成形により予備成形体を作製する。
第３段階として、この予備成形体を真空中にて焼結させ、その後に、研削、研磨工程を経て、光学レンズ等の光学素子を得る。
【００２６】
真空焼結の方法は、第一の光学素子の真空焼結の方法と同様である。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。
実施例１
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００２８】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３２００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３２００℃をこえると原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００２９】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子を得た。
【００３０】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を測定した結果を表１に示す。なお、アッベ数は分散を示す値である。各光学素子は、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００３１】
＜測定方法＞
（１）屈折率
屈折率は、プルフリッヒ法屈折率測定装置（商品名「ＫＰＲ−２０００」、島津デバイス製造株式会社）を用いて波長５８７ｎｍで測定し求めた値（ｎｄ）を示す。
（２）アッベ数
アッベ数は、プルフリッヒ法屈折率測定装置を用いて、波長５８７ｎｍ，４８６ｎｍ，６５６ｎｍの屈折率ｎｄ，ｎＦ，ｎＣを求め、アッベ数νｄをνｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）の式で求めた値を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
実施例２
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００３４】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が３μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００３５】
この球状粒子を実施例１と同様の方法で、乾式成形、真空中にて焼結し、得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表１に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００３６】
実施例３
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００３７】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が１０μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００３８】
この球状粒子を実施例１と同様の方法で、乾式成形、真空中にて焼結し、得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表１に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００３９】
比較例１
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物となる比率で原料を調整し、混合した。
【００４０】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が０．１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は３５００℃以上とした。
【００４１】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
【００４２】
得られた光学素子を光学顕微鏡で観察したところ、素子中に泡が多数観察され、光学素子としての使用には不適切であった。
【００４３】
比較例２
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表１の試料Ｎｏ．１から９に示す化合物となる比率で原料を調整し、混合した。
【００４４】
この原料を熱プラズマ中に導入し、微粒子を得る熱プラズマ法にて、加熱、溶融させた後に冷却して平均粒子径が１００μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３２００℃以下とした。
【００４５】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
【００４６】
得られた光学素子の表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが多数存在し、光学素子としての使用には不適切であった。
【００４７】
実施例４
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００４８】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで、微粒子を得る熱プラズマ法にて、平均粒子径が１μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが０．１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３２００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３２００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００４９】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結温度は１１００℃で、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子を得た。
【００５０】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を測定した結果を表２に示す。光学素子は高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００５１】
焼結温度が、表２に示す様に、１１５０℃から１５００℃のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ０．５Ｇｄ０．５ＡｌＯ３、Ｙｂ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｌａ１０Ａｌ４Ｏ２１のセラミックス粒子の周囲に、焼結温度が１１００℃のＧｄＡｌＯ３を被覆層として設けることにより、焼結温度を１１００℃に下げることができた。
【００５２】
【表２】
【００５３】
上記の表の焼結温度は全て１１００℃とする。
【００５４】
実施例５
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００５５】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が３μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが０．３μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００５６】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。
【００５７】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表２に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００５８】
焼結温度が１１５０℃から１５００℃のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ０．５Ｇｄ０．５ＡｌＯ３、Ｙｂ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｌａ１０Ａｌ４Ｏ２１の周囲に、焼結温度が１１００℃のＧｄＡｌＯ３を被覆層として設けることにより、焼結温度を１１００℃に下げることができた。
【００５９】
実施例６
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００６０】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が１０μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００６１】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。
【００６２】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表２に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００６３】
焼結温度が１１５０℃から１５００℃のＹ３Ａｌ５Ｏ１２、ＬａＡｌＯ３、Ｌａ０．５Ｇｄ０．５ＡｌＯ３、Ｙｂ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９、Ｌａ１０Ａｌ４Ｏ２１の周囲に、焼結温度が１１００℃のＧｄＡｌＯ３を被覆層として設けることにより、焼結温度を１１００℃に下げることができた。
【００６４】
実施例７
純度９９．９％のＹ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００６５】
また、被覆層として、表３の組成で表４の特性を有するガラスを用意し、この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部には表３に示す組成で、表４に示す特性を有するガラスを導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が１０μｍ、被覆層であるガラスの平均厚さが１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は１５００℃以上３０００℃以下とした。１５００℃未満では、熔融が充分に行われず、球状の粒子が得られず、３０００℃をこえると、原料の揮発が生じ、粒子径の小さい球形粒子しか得られなかった。
【００６６】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの予備成形体を得た。
この予備成形体を７５０℃以上の温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。焼結時間は１時間以上４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ３ｍｍの試料とした。
【００６７】
得られた光学素子の屈折率およびアッベ数を光学測定したところ、表２に示す結果と同様に、高屈折で低分散の光学特性を有していた。また表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが無い良好な光学素子が得られた。
【００６８】
焼結温度が高温であるセラミックスの周囲に、ガラス転移温度が６００℃のガラスを被覆層として設けることにより、焼結温度を７５０℃に下げることができた。
【００６９】
【表３】
【００７０】
【表４】
【００７１】
比較例３
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３，およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００７２】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部にはＧｄ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の１：１混合物を導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が０．１μｍ、被覆層であるＧｄＡｌＯ３の平均厚さが０．０１μｍの球状粒子を得た。このとき、加熱温度は３５００℃以上とした。
【００７３】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの予備成形体を得た。予備成形体を１１００℃以上１５００℃以下の下記の表に示す温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。尚、焼結時間は６時間以上２４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ１ｍｍの試料とした。
【００７４】
得られた光学素子を光学顕微鏡で観察したところ、素子中に泡が多数観察され、光学素子としての使用には不適切であった。
【００７５】
比較例４
純度９９．９％以上のＹ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３およびＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、表２の試料Ｎｏ．１１から１９に示す化合物のセラミックス粒子となる比率で原料を調整し、混合した。
【００７６】
この原料を熱プラズマ中に中央部に導入し、周辺部には表３の組成で表４の特性を有するガラスを導入し、同時に加熱、溶融させた後に冷却することで微粒子を得る熱プラズマ法にて平均粒子径が１００μｍ、被覆層であるガラスの平均厚さが１０μｍの球状粒子を得た。
【００７７】
この球状粒子を９８０００００Ｐａ（１００ｋｇｆ）から１９６００００００Ｐａ（２０００ｋｇｆ）の圧力で乾式成形し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの予備成形体を得た。
この予備成形体を７５０℃以上の温度で１０−１Ｐａ以下の真空中にて焼結させた。焼結時間は１時間以上４時間以下とした。得られた焼結体を研削、研磨して厚さ３ｍｍの試料とした。
【００７８】
得られた光学素子の表面を光学顕微鏡で観察したところ、研磨工程において生ずる表面粒子の脱落や表面のキズが多数存在し、光学素子としての使用には不適切であった。
本発明において、中央部分と被覆層の光学物性はことなるが、被覆層の厚さが直径の十分の１であり、断面積比が１：１００であるため、得られた光学素子の光学物性は、ほぼ中央のセラミックスに等しいものであった。
【００７９】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。原料に例えば、Ｌａ３Ａｌ５Ｏ１２のような複合合酸化物を用いてもよく、酸化物以外に炭酸塩、硝酸塩も用いることができる。予備成形体作製は鋳込み成形、湿式成形でも可能である。その際に少量の有機バインダーを加えることもできる。
【００８０】
使用する希土類族元素はＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕの他にも、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ、Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍを使用することも可能である。
また、乾式成形、真空加熱の２段階の工程に換えて、ＨＩＰ（熱間静水圧成形）により加熱時間を３から２４期間に短縮することが可能である。
【００８１】
予備成形体、焼結体それぞれの直径は２０ｍｍ以上、厚さは２ｍｍ以上の作製も可能である。
予備成形体、焼結体の大きさは、直径２０ｍｍ以上、厚さ５ｍｍ以上のものの作製も可能であった。
【００８２】
また被覆層として、本発明の実施例以外の組成のガラスの使用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の光学素子は、高屈折率、低分散の光学特性を有するので、レンズ、プリズムとして利用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記ＬｎがＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記セラミックス粒子が球形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の光学素子。
【請求項５】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる被覆層を被覆してなる２層構造の粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
前記セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスがガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記２層構造の粒子が球形であることを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記ＬｎがＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかの項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかの項に記載の光学素子。
【請求項１】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記ＬｎがＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記セラミックス粒子が球形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の光学素子。
【請求項５】
平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下のＬｎｘＡｌｙＯ〔ｘ＋ｙ〕×１．５（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す。）から成るセラミックス粒子の表面に、該セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスからなる被覆層を被覆してなる２層構造の粒子の成形体を、真空焼結してなることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
前記セラミックス粒子よりも焼結温度が低いセラミックスがガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記２層構造の粒子が球形であることを特徴とする請求項５または６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記ＬｎがＹ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれた少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかの項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記光学素子は、屈折率が１．８以上の透光性を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかの項に記載の光学素子。
【公開番号】特開２０１０−８５７３６（Ｐ２０１０−８５７３６Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５５０８０（Ｐ２００８−２５５０８０）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
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