專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)材料、光學(xué)透鏡及棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)材料、光學(xué)透鏡及棱鏡。特別涉及具有高折射率且無(wú)各向異性、透射波長(zhǎng)范圍寬的光學(xué)材料、光學(xué)透鏡及棱鏡。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，光學(xué)透鏡、棱鏡等光學(xué)部件使用于照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等電子照相方式的記錄裝置，DVD等光記錄媒介、以及光裝置中。例如，在光記錄領(lǐng)域中，為了提高記錄密度，必須盡量減小用于記錄的激光束的直徑。因此，為了更高效率地聚集波長(zhǎng)更短的光，需要直到短波長(zhǎng)為止都能維持高透射率、折射率盡量大且無(wú)各向異性的透鏡或者棱鏡。
例如，人們知道激光束點(diǎn)直徑由光源的波長(zhǎng)λ和透鏡的數(shù)值孔徑NA確定，為0.8×λ/NA。在現(xiàn)有的DVD記錄裝置中，使用波長(zhǎng)650nm的半導(dǎo)體激光和NA＝0.6的透鏡，在5英寸圓盤(pán)上可以記錄4.7GB的信息。最近開(kāi)發(fā)了使NA變大并且波長(zhǎng)變短的DVD(Blu-ray)記錄裝置。在該裝置中，使用405nm的半導(dǎo)體激光和NA＝0.85的透鏡作為光源，在5英寸圓盤(pán)上實(shí)現(xiàn)了大致23GB的記錄容量。
另外，人們知道使用高折射率的微小透鏡、利用光的全反射部的疏逝光來(lái)提高記錄密度的近場(chǎng)記錄方式。該微小透鏡為被稱(chēng)作固體浸沒(méi)透鏡(SILSolid Immersion Lens)的半球狀透鏡，其設(shè)置在光記錄介質(zhì)和物鏡之間。在這種光學(xué)系統(tǒng)中，透過(guò)物鏡的光束點(diǎn)直徑相當(dāng)于λ/(n×NA)(n為SIL的折射率)，與不采用SIL的情況相比，可以縮小為1/n(例如，參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在光記錄介質(zhì)的記錄面和SIL底面之間的間隔為光波長(zhǎng)的1/4以下的區(qū)域中，透過(guò)SIL的激光以與SIL內(nèi)部相同的傾向射出。這樣，其光束點(diǎn)直徑縮小為衍射限度的1/n。
在上述的SIL中，將入射光角度設(shè)為θ時(shí)，則NA＝n2sinθ，光學(xué)材料的折射率受到很大影響。因此，折射率高的光學(xué)材料是必需的。從聚光性的觀點(diǎn)來(lái)看，光學(xué)材料必須為不具有雙折射的各向同性材料。而且，同樣重要的是，這種材料為直到短波長(zhǎng)為止光透射性都不會(huì)變差的光學(xué)材料。除了SIL外，照相機(jī)、顯微鏡、分檔器等光學(xué)部件還受到安裝上的限制，需要折射率盡可能大、聚光性高的小型透鏡。如果為相同的大小，優(yōu)選可實(shí)現(xiàn)NA大、聚光性高且明亮的透鏡。另外，對(duì)棱鏡也是同樣，通過(guò)使用高折射率材料，可在小型化的情況下實(shí)現(xiàn)充分的分光特性。
從上述觀點(diǎn)出發(fā)，人們進(jìn)行了高折射率玻璃和晶體材料的研究。在玻璃中，人們所知的有含有大量La、Pb的高折射率玻璃、和以TeO2為主成分的玻璃。但是，在可見(jiàn)光區(qū)域還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出可實(shí)現(xiàn)2.2折射率的光學(xué)材料，在提高折射率的情況下，存在400nm附近的光透射特性變差的問(wèn)題。
另一方面，關(guān)于晶體材料，有采用許多氧化物晶體且折射率高的材料的透鏡的發(fā)明(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。但是，在晶體材料中無(wú)雙折射的各向同性的材料限于晶體結(jié)構(gòu)為立方晶的材料。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，雖然公開(kāi)有多種晶體，但是作為各向同性材料，僅限于SrNbO3、SrTaO3、Bi20SiO12、Bi20GeO12、Bi4Ge3O12、GaP。在這些晶體中可見(jiàn)光區(qū)域的折射率也限于2.06～2.22的范圍。
另外，在高亮度的液晶投影機(jī)等中，需要采用在可見(jiàn)光區(qū)域具有良好透射性、不存在折射率的各向異性、且折射率大的材料的偏振光光學(xué)系統(tǒng)用棱鏡。在現(xiàn)有技術(shù)中，雖然使用硼硅酸玻璃，但是其存在光彈性效果大的缺陷。因此，研究了采用含鉛玻璃等高折射率玻璃的方案。但是，這些玻璃存在短波長(zhǎng)區(qū)域中的光透射性差、無(wú)法覆蓋液晶投影機(jī)所使用的波長(zhǎng)區(qū)域的問(wèn)題。
另外，在大氣污染測(cè)量裝置等中，要求在5μm波長(zhǎng)程度為止的整個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域沒(méi)有吸收且具有高折射率的光學(xué)材料。到目前為止所知道的光學(xué)材料的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域的光透射特性如下在石英系玻璃的光透射區(qū)域達(dá)到2μm波長(zhǎng)程度，折射率也小。ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)等氟化物玻璃雖然光透射特性良好，但是折射率小，為1.5左右。Ge-Sb-Se等硫硒碲玻璃雖然光透射特性良好，但是存在毒性方面的問(wèn)題。因此，要求在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域中具有良好的光透射特性且折射率大的光學(xué)材料。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2000-19301號(hào)公報(bào)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1夏普技術(shù)報(bào)告、“大容量光盤(pán)的動(dòng)向”、第72號(hào)、1998年12月、第9-12頁(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高折射率且無(wú)各向異性、透射波長(zhǎng)范圍寬的光學(xué)材料、光學(xué)透鏡及棱鏡。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的光學(xué)材料的特征在于，由αβO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，α為K、Ba、Sr、Ca中的至少一種，β為T(mén)a、Ti中的至少一種。例如，在α為K、β為T(mén)a時(shí)，可以得到在寬的溫度范圍內(nèi)無(wú)雙折射且在可見(jiàn)光區(qū)域折射率為2.2～2.4的高折射率。另外，本發(fā)明的光學(xué)材料的特征在于，由KTaO3-d構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，氧缺少量d為0≤d＜10-7。
根據(jù)另一實(shí)施方式的本發(fā)明的光學(xué)材料的特征在于，由KTa1-xNbxO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35。根據(jù)該構(gòu)成，可以在相變溫度為室溫以下的同時(shí)，進(jìn)一步提高折射率。另外，還可以由K1-yLiyTaO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，組份y為0≤y≤0.02。
根據(jù)又一實(shí)施方式的本發(fā)明的光學(xué)材料的特征在于，由K1-yLiyTa1-xNbxO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35，組份y為0≤y≤0.02。根據(jù)該構(gòu)成，可以使晶體的相變成為不伴隨潛熱的2級(jí)相變，可以解決發(fā)生裂痕等的問(wèn)題。


圖1為KT的折射率的波長(zhǎng)相關(guān)性的示意圖；圖2為KT的光透射特性的示意圖；圖3為KT的氧缺損和405nm波長(zhǎng)的吸收系數(shù)之間的關(guān)系圖；
圖4為DVD記錄裝置的拾音器系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖；圖5為KTN的Nb添加量x和折射率及相變溫度之間的關(guān)系圖；圖6為KTN的Nb添加量x和短波長(zhǎng)吸收端及V數(shù)(Abbe數(shù))之間的關(guān)系圖；圖7為KTN的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光譜圖；圖8為Sr添加量x和相變溫度之間的關(guān)系圖；圖9為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的十字交叉型二向棱鏡的構(gòu)成圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，其特征是，作為光學(xué)材料采用具有K1-yLiyTa1-xNbxO3(0≤x≤1，0≤y≤1，以下稱(chēng)為KLTN)化學(xué)式的晶體材料，制作在室溫采用立方晶的組成的透鏡和棱鏡。KLTN具有根據(jù)溫度從立方晶向正方晶改變晶系的性質(zhì)。在Li的含有量為0～0.02、Nb的添加量為0～0.35的區(qū)域，可以將從立方晶向正方晶的相變溫度形成為室溫以下。由此，在室溫中使用時(shí)可獲得無(wú)雙折射的光學(xué)材料，且由該晶體材料制作的透鏡和棱鏡將不存在透射光與偏振光的相關(guān)性。
(KT)在上述組成中，KTaO3(x＝0，y＝0，以下稱(chēng)為KT)具有大致為-273℃的相變溫度，可獲得在寬的溫度范圍中無(wú)雙折射的晶體材料。在該組成中，同樣可以得到在可見(jiàn)光區(qū)域折射率為2.2～2.4的高折射率，并且作為光學(xué)透鏡或棱鏡的性能高。在圖1中表示KT的折射率與波長(zhǎng)的相關(guān)性，在圖2中表示KT的光透射特性。KTaO3在可見(jiàn)光的波長(zhǎng)區(qū)域(400～800nm)具有2.2以上的折射率，在400nm波長(zhǎng)的附近折射率達(dá)到2.38。另外，在圖2所示的光透射特性中，可以知道光吸收端約為360nm，直到短波長(zhǎng)為止都能維持充分的光透射性。具體地說(shuō)，在400nm波長(zhǎng)附近，厚度為10mm的材料具有80％以上或者與此相等的透射率。
但是，鈣鈦礦型氧化物根據(jù)制作條件以及熱處理?xiàng)l件容易發(fā)生氧缺損現(xiàn)象。通過(guò)由該氧缺損發(fā)生的載流子形成的光吸收使光透射特性變差。圖3表示KT的氧缺損和405nm波長(zhǎng)的吸收系數(shù)之間的關(guān)系。在培養(yǎng)KTaO3晶體時(shí)，制備改變環(huán)境中的氧分壓而制作的試料。通過(guò)氧環(huán)境中的熱重量分析，根據(jù)增加的重量測(cè)量氧缺損，使用分光光度計(jì)對(duì)每個(gè)試料測(cè)量可見(jiàn)光區(qū)域的吸收系數(shù)。由圖3所示可知，在氧缺損增加的同時(shí)，吸收系數(shù)也增大。如果考慮透鏡等的實(shí)用性，則材料的內(nèi)部光透射率優(yōu)選為每一厘米90％以上。因此，KT的氧缺損必須在10-7以下，在該情況下，KT的組成由KTaO3-d表示(0≤d＜10-7)。
另外，也可以使用由Ba、Sr、Ca中的至少一種元素替換K且由Ti替換Ta的晶體材料。在這種結(jié)晶中也不會(huì)給相變溫度帶來(lái)很大的變化，可以進(jìn)一步提高折射率。
(KTN)在需要折射率更高的材料時(shí)，可以通過(guò)添加Nb來(lái)有效地提高折射率(KTa1-xNbxO3、0≤x≤1，y＝0，以下稱(chēng)為KTN)。但是，在KNbO3(x＝1，y＝0)中，因?yàn)橄嘧儨囟却蠹s為420℃，所以在室溫下有雙折射。因此，在室溫中利用的情況下，Nb添加量會(huì)受限制。具體地說(shuō)，在Nb含有量相對(duì)于Ta超過(guò)35％時(shí)，相變溫度變成室溫以上。而且，即使相變溫度在室溫以下，在保管和運(yùn)輸溫度在相變溫度以下時(shí)，晶體材料會(huì)反復(fù)進(jìn)行相變。在該情況下，因?yàn)闀?huì)伴隨晶體的結(jié)構(gòu)變化，所以成為可靠性降低的主要原因，例如，會(huì)在晶體中產(chǎn)生裂痕等。這是由于KTN的組成中相變是伴有潛熱的一級(jí)相變。
(KLTN)因此，通過(guò)添加Li，可以使晶體的相變成為不伴隨潛熱的二次相變，可以解決裂痕發(fā)生等問(wèn)題。由此，在相變溫度與保管和輸送溫度相比很低的情況下，由KTN來(lái)構(gòu)成具有高性能且可靠性高的透鏡或者棱鏡。而且，在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高折射率、使相變溫度與保管和輸送溫度接近的情況下，添加Li的KLTN是有效的。
從上述說(shuō)明可知，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有材料中不可能實(shí)現(xiàn)的高折射率且無(wú)雙折射的光學(xué)透鏡及棱鏡。下面，用實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明的權(quán)利要求范圍不限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1
(由KT晶體制成的透鏡)采用鋼絲鋸在[100]晶向按1.2～1.5mm厚度切割用TSSG法培養(yǎng)的KT晶體。對(duì)切割后的基板采用鋼絲鋸以1.2～1.5mm的間隔再進(jìn)行切割，制作邊長(zhǎng)為1.2～1.5mm的立方體。將該立方體晶體與研磨材料一同放入容器，通過(guò)攪拌將角去除，獲得基本為球狀的粗研磨球。將該粗研磨球進(jìn)一步由研磨劑和兩張研磨板夾持，并在施加預(yù)定的負(fù)荷的同時(shí)使其旋轉(zhuǎn)，由此獲得直徑為1.0mm的球透鏡。使用蠟將球透鏡固定在研磨板上，通過(guò)施加一定的負(fù)荷對(duì)球透鏡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)研磨，將一面加工平坦，由此可以獲得半球狀的透鏡。通過(guò)將該微小半球狀透鏡用作SIL來(lái)構(gòu)成DVD記錄裝置的拾取頭。
圖4顯示了DVD記錄裝置的拾取頭的構(gòu)成。從半導(dǎo)體激光器射出的激光透過(guò)物鏡31后，集中在預(yù)定的光束點(diǎn)直徑中。從物鏡射出的激光在SIL32聚光，在SIL32的底面聚焦。光記錄媒體33的記錄面和SIL32底面之間的間隔設(shè)定為光波長(zhǎng)的1/4以下，從SIL32中滲透出的激光以預(yù)定的光束點(diǎn)直徑到達(dá)光記錄介質(zhì)33的記錄面上。
在實(shí)施例1中使用的半導(dǎo)體激光器為685nm的波長(zhǎng)。在使用NA＝0.65的物鏡和折射率為2.23的KT晶體的SIL，并由DVD記錄用評(píng)價(jià)裝置對(duì)記錄密度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)19G比特/英寸2的記錄密度。在將現(xiàn)有的高折射率玻璃作為SIL時(shí)，在波長(zhǎng)685nm處的折射率為2.0，記錄密度停留在16G比特/英寸2。
因此，通過(guò)使用比現(xiàn)有的透鏡材料具有更高的折射率的材料形成透鏡，可以實(shí)現(xiàn)高記錄密度。另外，根據(jù)實(shí)施例1的透鏡材料，可知其聚光特性良好，不存在材料的雙折射。
另外，在實(shí)施例1中，雖然使用了685nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光，但是，如圖1、2所示，實(shí)施例1的透鏡材料的透鏡的聚光特性良好到360nm波長(zhǎng)為止。因此，在更短波長(zhǎng)的區(qū)域中，進(jìn)一步可以實(shí)現(xiàn)高密度的記錄。例如，在用于DVD記錄的評(píng)價(jià)裝置中，使用405nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器和NA＝2.2的SIL在5英寸圓盤(pán)上使用近場(chǎng)記錄時(shí)，可實(shí)現(xiàn)150GB的記錄容量。
實(shí)施例2
(由KTN結(jié)晶制成的透鏡)圖5表示KTN的Nb添加量x和折射率及相變溫度之間的關(guān)系。測(cè)量波長(zhǎng)為632.8nm。在該圖中，折射率與Nb添加量成正比例地上升，在x＝0.35時(shí)折射率達(dá)到2.27。與折射率同樣，相變溫度也線性上升，在x＝0.35時(shí)大致為25℃。因此，從中可知以下事實(shí)Nb的添加對(duì)折射率的增加有效；為了晶體在不具有雙折射的條件下使用，Nb添加量為0.35以下是重要的。
使用Nb添加量x＝0.35的晶體與實(shí)施例1相同的方式制作SIL。在使用NA＝0.65的物鏡和折射率為2.27的KTN晶體的SIL，并由用于DVD記錄的評(píng)價(jià)裝置對(duì)記錄密度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)21G比特/英寸2的記錄密度。另外，在用于DVD記錄的評(píng)價(jià)裝置中，使用405nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器和NA＝2.2的SIL在5英寸圓盤(pán)上采用近場(chǎng)記錄時(shí)，可實(shí)現(xiàn)160GB的記錄容量。
另一方面，在Nb添加量為0.35以上時(shí)，因?yàn)榫w的相變溫度接近室溫，所以可以通過(guò)例如對(duì)晶體施加壓力等外部影響而容易地將其相變?yōu)檎骄?，將不能維持晶體的光學(xué)均勻性。另外，光透射特性會(huì)變差，波長(zhǎng)吸收端將變成400nm。因此，在Nb添加量為0.35以上時(shí)，可以制作NA增加了的透鏡，但是在實(shí)用上無(wú)法獲得光學(xué)均勻性和光透射特性。圖6表示KTN的Nb添加量x和短波長(zhǎng)吸收端及V數(shù)之間的關(guān)系。含有較多的Nb的晶體在折射率變大的同時(shí)，發(fā)散將變大，光吸收端向長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)移動(dòng)。而且，隨著光吸收端向長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)移動(dòng)，折射率發(fā)散會(huì)變大，即V數(shù)變小。從中可知，隨著Nb的添加，KTN材料會(huì)變成高折射率、高散射的材料。
圖7表示KTN的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光譜?？v軸的透射率因?yàn)榘芯w兩表面的反射，所以并不是內(nèi)部透射率。例如，在4μm波長(zhǎng)時(shí)的內(nèi)部透射率為100％。由此，KTN晶體對(duì)于波長(zhǎng)直到5μm為止的光不具有吸收性，具有高折射率，所以可以適用于中紅外線區(qū)域的透鏡、棱鏡。
實(shí)施例3(KLT)通過(guò)在KT中添加Li，可以降低晶體培養(yǎng)溫度，在晶體培養(yǎng)過(guò)程中可以降低K2O的蒸發(fā)量。如果K2O蒸發(fā)，則會(huì)凝結(jié)在晶體制造裝置上方的低溫區(qū)域，如果凝結(jié)量多，則會(huì)掉落在坩堝內(nèi)部。由于凝結(jié)物的掉落，以該凝結(jié)物為核的雜晶會(huì)浮在培養(yǎng)中的溶液中，會(huì)妨礙晶體的穩(wěn)定生長(zhǎng)。因此，通過(guò)添加Li，可以實(shí)現(xiàn)晶體的大型化和提高成品率，有利于降低透鏡的價(jià)格。
在KT的培養(yǎng)溶液中添加Li2CO3，培養(yǎng)具有K1-yLiyTaO3(0≤y≤0.02，以下稱(chēng)為KLT)組成的結(jié)晶。組份y取0.02以下的原因在于，在y＞0.02時(shí)，無(wú)法維持立方晶。此時(shí)，Li2CO3相對(duì)于K2CO3的量為18mol％。相對(duì)于組份y，在405nm波長(zhǎng)處該KLT的折射率可以表示如下。
n(@405nm)＝2.353-0.19y從該式中可知，隨著Li的添加，晶體的折射率降低，但是，降低量在Li的添加量最大為0.02時(shí)也只有0.0038的程度，屬于在實(shí)用上不成問(wèn)題的范圍。另一方面，如上所述，因?yàn)榭梢越档途w培養(yǎng)溫度，所以成品率可提高20％。
實(shí)施例4在實(shí)施例1的晶體材料中由Ba替換K、由Ti替換Ta的BaTiO3的相變溫度為120度。由此，與實(shí)施例3同樣地制作出Sr替代Li的Ba1-xSrxTiO3(0.34≤x≤1)。圖8表示Sr添加量x和相變溫度之間的關(guān)系。從立方晶到正方晶的相變溫度隨著Sr的添加量增加而降低。為了在室溫時(shí)為立方晶，優(yōu)選的相變溫度為室溫以下，從圖8中可知，組份x優(yōu)選為0.34以上。
實(shí)施例5(KLTN)如圖5所示，在Nb添加量為0.2以上時(shí)，相變溫度大于-100℃。因此，保管和運(yùn)輸溫度可以形成為相轉(zhuǎn)移溫度以下，可能會(huì)因晶體材料反復(fù)進(jìn)行相變而發(fā)生裂痕等。因此，使用Li添加量y＝0.01的KLTN抑制裂痕的發(fā)生。
制作Nb添加量x＝0.35的晶體，并實(shí)施-45℃～+60℃的溫度循環(huán)。其結(jié)果，在不添加Li的晶體中，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，在100個(gè)試料中有2～3個(gè)試料表面上發(fā)生了微小裂痕。另一方面，在Li添加量y＝0.01的晶體中沒(méi)有確認(rèn)發(fā)生裂痕。
實(shí)施例6(由KT晶體制成的棱鏡)圖9表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的十字交叉型二向棱鏡。使用與實(shí)施例1相同組成的KT晶體制作四個(gè)用于三板式色分離合成光學(xué)系統(tǒng)的三棱柱棱鏡51a～51d。在制作中采用了通常的研磨技術(shù)。在三棱柱棱鏡51a～51d的直角面上實(shí)施電介質(zhì)多層膜涂布，并將各個(gè)直角面接合。直角面52a、52c在接合后的四棱柱的橫截面中作為一條對(duì)角線。在直角面52a、52c上附上在RGB信號(hào)中對(duì)R信號(hào)進(jìn)行反射、對(duì)G信號(hào)和B信號(hào)進(jìn)行透射的多層膜。在作為另一對(duì)角線的直角面52b、52d上附有對(duì)B信號(hào)進(jìn)行反射、對(duì)R信號(hào)和G信號(hào)進(jìn)行透射的多層膜。由此，制作用于分離為RGB信號(hào)而進(jìn)行各自的調(diào)制后進(jìn)行合成的三板式色分離合成光學(xué)系統(tǒng)的十字交叉型二向棱鏡。
將該十字交叉型二向棱鏡設(shè)置在投影機(jī)上。光源采用超高壓水銀燈、金屬鹵化物燈或高功率氙燈，以2000流明的高亮度對(duì)畫(huà)像進(jìn)行投射。本實(shí)施方式的十字交叉型二向棱鏡具有在以2.2W/cm2的照射強(qiáng)度進(jìn)行照射10分鐘時(shí)的透射率劣化在1％以下或者與其相等的透射率劣化特性。因此，本投影機(jī)的投射影像在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的亮度可以不變，可以維持演色性高的影像。這樣，KT晶體因?yàn)楸憩F(xiàn)出高耐光性、高均質(zhì)性和高光透射性，所以使用該材料的十字交叉型二向棱鏡可以適用于投影機(jī)等高光輸入的影像裝置。
實(shí)施例7(由KTN晶體制成的棱鏡)使用與實(shí)施例2相同的KTN晶體制作與實(shí)施例6相同的十字交叉型二向棱鏡。與實(shí)施例6相同地使用于構(gòu)成三板式色分離合成光學(xué)系統(tǒng)的投影機(jī)。即使在添加Nb的棱鏡中，也沒(méi)有使光透射特性、光耐性變差，與實(shí)施例6相同地能夠投射穩(wěn)定的高亮度的影像。另外，在使用添加Li的KTLN晶體的情況下作為十字交叉型二向棱鏡也可以保持充分的特性。
實(shí)施例8(多晶體材料)雖然上述實(shí)施例的晶體材料使用了單晶體材料，但是即使為多晶體材料也可以制作具有高折射率且無(wú)各向異性、透射波長(zhǎng)范圍寬的光學(xué)材料。下面，對(duì)多晶體的KT的制作方法進(jìn)行描述。作為原料以11的摩爾比混合K2CO3和Ta2O5粉末。然后，將其放入白金容器，在1000度的氧環(huán)境中加熱10小時(shí)。通過(guò)加熱進(jìn)行CO2的脫離反應(yīng)，同時(shí)生成KTaO3。將所生成的KTaO3粉末輕微地進(jìn)行粉碎，然后，與KF進(jìn)行混合，在700度的氧環(huán)境中加熱5小時(shí)。通過(guò)加熱和固相反應(yīng)生成K2TaO3F。將其溶解在水中，在80度下進(jìn)行加熱后，放置12小時(shí)。在對(duì)溶液進(jìn)行攪拌的同時(shí)，使水蒸發(fā)，此時(shí)在水溶液中生成沉淀，通過(guò)過(guò)濾回收沉淀。此時(shí)，用水反復(fù)進(jìn)行沖洗，除去HF成分。由此制作的粉末為KTaO3微粉末，其平均粒徑約為10μm。
使用單軸壓力機(jī)對(duì)KTaO3微粉末施加5kg/mm2的壓力，將其成型為直徑30mm、厚度10mm的顆粒。將該顆粒放入白金容器，由KTaO3微粉末進(jìn)行覆蓋后，放入電爐中，在1000度的氧環(huán)境中加熱10小時(shí)。進(jìn)行自然冷卻后，取出顆粒。因?yàn)闊Y(jié)顆粒的收縮，可獲得直徑20mm、厚度6mm的透明的顆粒。在此，為了抑制K2O從顆粒表面蒸發(fā)，由相同組成的粉末覆蓋顆粒。還可以將含有K2O的粉末材料放在電爐內(nèi)部，將K2O的蒸汽壓保持在平衡蒸汽壓以上。
在用電子顯微鏡對(duì)所獲得的顆粒進(jìn)行觀察時(shí)，可知其顆粒為平均晶體粒在50～100μm的多晶體。該顆粒的透射率和折射率基本與上述KT相同，雙折射也在測(cè)量極限以下。由該顆粒切出邊長(zhǎng)為1.2mm的立方體，以與實(shí)施例1相同的方式制作SIL。在由DVD記錄用評(píng)價(jià)裝置對(duì)記錄密度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可知能夠?qū)崿F(xiàn)與實(shí)施例1相同程度的記錄密度。由此，因?yàn)榫w材料為立方晶，所以不管是單晶體材料還是多晶體材料，都可以制作出光學(xué)上各向同性的透鏡。
雖然在實(shí)施例8中采用了固相反應(yīng)制作粉末，但是也可以采用溶膠凝膠法、共沉淀法等粉末制作方法。另外，為了盡量降低晶體材料的氧缺損量，優(yōu)選的環(huán)境是燒結(jié)時(shí)的氧的環(huán)境、或者含有平衡分壓以上的氧的環(huán)境。
另外，在制作KT多晶體材料的過(guò)程中，通過(guò)添加Nb2O5可以制作KTN的多晶體材料。多晶體的KTN也表現(xiàn)出光學(xué)均質(zhì)性，看不到空隙等缺陷，燒結(jié)體密度大致達(dá)到100％。
權(quán)利要求
1.光學(xué)材料，其特征在于，所述光學(xué)材料由αβO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，α為K、Ba、Sr、Ca中的至少一種，β為T(mén)a、Ti中的至少一種。
2.光學(xué)材料，其特征在于，所述光學(xué)材料由KTaO3-d構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，氧缺損量d為0≤d＜10-7。
3.光學(xué)材料，其特征在于，所述光學(xué)材料由KTa1-xNbxO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35。
4.光學(xué)材料，其特征在于，所述光學(xué)材料由K1-yLiyTaO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，組份y為0≤y≤0.02。
5.光學(xué)材料，其特征在于，所述光學(xué)材料由K1-yLiyTa1-xNbxO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35，組份y為0≤y≤0.02。
6.光學(xué)透鏡，其特征在于，所述光學(xué)透鏡由αβO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，α為K、Ba、Sr、Ca中的至少一種，β為T(mén)a、Ti中的至少一種；以及所述光學(xué)透鏡在360nm至800nm波長(zhǎng)中具有2.2以上的折射率，在其厚度為10mm時(shí)的透射率為80％或者80％以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由KTaO3-d構(gòu)成，其中，氧缺損量d為0≤d＜10-7。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由KTa1-xNbxO3構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由K1-yLiyTaO3構(gòu)成，其中，組份y為0≤y≤0.02。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由K1-yLiyTa1-xNbxO3構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35，組份y為0≤y≤0.02。
11.棱鏡，其特征在于，所述棱鏡由αβO3構(gòu)成的立方晶體材料構(gòu)成，其中，α為K、Ba、Sr、Ca中的至少一種，β為T(mén)a、Ti中的至少一種；以及所述棱鏡在360nm至800nm波長(zhǎng)中具有2.2以上的折射率，并且在以2.2W/cm2的照射強(qiáng)度照射10分鐘時(shí)的透射率的劣化為1％或者1％以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的棱鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由KTaO3-d構(gòu)成，其中，氧缺損量d為0≤d＜10-7。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的棱鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由KTa1-xNbxO3構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的棱鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由K1-yLiyTaO3構(gòu)成，其中，組份y為0≤y≤0.02。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的棱鏡，其特征在于，所述立方晶體材料由K1-yLiyTa1-xNbxO3構(gòu)成，其中，組份x為0≤x≤0.35，組份y為0≤y≤0.02。
全文摘要
一種光學(xué)材料，其具有高折射率，沒(méi)有各向異性，并具有寬的透射波長(zhǎng)范圍。采用了由αβO
文檔編號(hào)G02B1/02GK1938605SQ20058001016
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者藤浦和夫, 今井欽之, 笹浦正弘, 中村孝一郎 申請(qǐng)人:日本電信電話(huà)株式會(huì)社