(57)【要約】【課題】  高屈折率低分散の光学特性を有する透光性セラミックスの製造方法およびその製造方法により得られた透光性セラミックスからなる光学素子を提供する。【解決手段】  ＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３（ｘは０．７５≦ｘ≦０．８０を表す。）から成る結晶粒子の成形体を１６５０℃以上１８００℃以下で焼結する工程を有する透光性セラミックスの製造方法。前記製造方法により得られた透光性セラミックスからなる光学素子。前記透光性セラミックスの屈折率が２．００以上、アッべ数が３５以上であることが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３（ｘは０．７５≦ｘ≦０．８０を表す。）から成る結晶粒子の成形体を１６５０℃以上１８００℃以下で焼結する工程を有することを特徴とする透光性セラミックスの製造方法。
【請求項２】
前記結晶粒子を型に充填し、加圧下で１６５０℃以上１８００℃以下で焼結す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の製造方法。
【請求項３】
前記透光性セラミックスの屈折率が２．００以上、アッべ数が３５以上であることを特徴とする請求項１または２記載の透光性セラミックスの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の製造方法により得られた透光性セラミックスからなることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性セラミックスの製造方法および光学素子に関し、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おり、中でも高屈折率低分散の光学材料が必要となってきている。ＬａＡｌＯ３結晶は、従来の光学ガラスには無い高屈折率低分散の性能を有しているが、これまでに光学レンズとして実用化された例はない。
【０００３】
結晶材料を用いて光学レンズを作製するには２つの構造形体が考えられる。ひとつは単結晶、もうひとつは微細な結晶粒を焼結した多結晶体（以下、セラミックスと称す。）である。
【０００４】
単結晶は、高い透過率を有するが、単結晶の製造には融点以上、例えばＬａＡｌＯ３の場合であれば２０００℃以上の耐熱性を持つ特殊な装置が必要となる。更に装置１台から取れる個数も少ない上、結晶成長に時間を要するため製造コストが高くなるという問題があった。
【０００５】
一方のセラミックスは、気孔、粒界、不純物によっ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子が欠落することによりレンズ表面に欠陥が生じたりして、良好な光学レンズが得られにくいという問題があった。
【０００６】
光学部品材料としての透光性セラミックスとしては、特許文献１に記載されているＬｎｘＡｌｙＯ［ｘ＋ｙ］×１．５系（Ｌｎは希土類族元素、ｘは１≦ｘ≦１０、ｙは１≦ｙ≦５を表す）のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−８５７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
透光性セラミックスを作製するには、散乱の原因となる気孔を十分に排除して粉末充填率を１００％に近づける必要がある。しかしながら、菱面体構造を有するＬａＡｌＯ３結晶から成るセラミックスは、焼結中に気孔や粒界が残りやすいために散乱が多く、透過率の高いものを得るのが難しかった。
【０００９】
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透光性セラミックスの製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明は、上記の製造方法により得られた透光性セラミックスからな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】
【００１１】
上記の課題を解決する透光性セラミックスの製造方法は、ＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３（ｘは０．７５≦ｘ≦０．８０を表す。）から成る結晶粒子の成形体を１６５０℃以上１８００℃以下で焼結する工程を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記の製造方法により得られた透光性セラミックスからなることを特徴とする光学素子である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高屈折率低分散の光学特性を有する透光性セラミックスの製造方法を提供することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の製造方法により得られた透光性セラミックスからな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形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明に係る透光性セラミックスの製造方法は、ＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３（ｘは０．７５≦ｘ≦０．８０を表す。）から成る結晶粒子の成形体を１６５０℃以上１８００℃以下で焼結する工程を有することを特徴とする。本発明の製造方法により得られた透光性セラミックスは、高屈折率低分散の光学特性を有する。
【００１７】
また、本発明は、上記の製造方法により得られた透光性セラミックスからなる、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。
【００１８】
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。
【００１９】
本発明に係る透光性セラミックスの製造方法について説明する。
【００２０】
まず、光学グレードの酸化物粉末を用いて、プラズマ溶融などの方法により、平均粒径が１０μｍ以下の球状のＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３（ｘは０．７５≦ｘ≦０．８０を表す）結晶粒子を作製する。
【００２１】
酸化物粉末には、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の酸化物を用いるのが好ましい。ＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３において、ｘは０．７５≦ｘ≦０．８０である。
【００２２】
本発明におけるＬａｘＡｌ（２−ｘ）Ｏ３は、ＬａＡｌＯ３よりもＡｌを多く含む組成からなる。Ａｌを多く含む組成にしているのは、結晶構造を立方晶に近づけて降温過程における立方晶から菱面体晶への相転移が起きないようにするためである。構造変化を抑えることで結晶粒界は低減する。
【００２３】
次に、結晶粒子の成形体を１６５０℃以上１８００℃以下で焼結する工程を行う。具体的には、球状の結晶粒子を、放電プラズマ焼結法により加圧しながら１６５０℃以上１８００℃以下で焼結する。また、結晶粒子を型に充填し、加圧下で１６５０℃以上１８００℃以下で焼結を行うのが好ましい。
【００２４】
焼結により得られた焼結体を９００℃以上１３００℃以下の温度でアニールした後、研削、研磨工程を経て、透光性セラミックスを得る。透光性セラミックスは、光学レンズ等の光学素子とする。
【００２５】
放電プラズマ焼結法などによる焼結温度は、１６５０℃以上１８００℃以下、好ましくは１７００℃以上１７５０℃以下が望ましい。１６５０℃より低い温度では粒成長が進まないため透光性が得られず、１８００℃より高くなると材料の多くが揮発したり焼結型に融着して破損したりする。
【００２６】
透光性セラミックスの屈折率は２．００以上、アッべ数は３５以上である。透光性セラミックスの透光性は、バリアン社製分光光度計ＣＡＲＹ４Ｇで測定した透過率により確認することができる。
【実施例】
【００２７】
以下、透光性セラミックスの製造方法の実施例を示して、本発明を具体的に説明する。表１には、製造条件、製造したセラミックスを示す。
【００２８】
＜測定方法＞
（１）屈折率
屈折率は、エリプソメーター（商品名「Ｍ−２０００」、ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社）を用いて波長５８７ｎｍで測定して求めた値（ｎｄ）を示す。
（２）アッべ数
アッべ数は、エリプソメーターを用いて、波長５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、６５６ｎｍの屈折率ｎｄ，ｎＦ，ｎＣを求め、アッべ数νｄをνｄ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ）の式で求めた値を示す。
【００２９】
実施例１
純度９９．９％以上のＬａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の酸化物原料を用意し、Ｌａ０．７５Ａｌ１．２５Ｏ３の比率になるように原料を調整、混合する。この混合原料を反応させるため１５００℃で４時間処理した後、ボールミルで粉砕する。粉砕した粉末を熱プラズマ中に導入し、加熱、溶融した後に冷却して平均粒径が２μｍの球状粒子に加工する。
【００３０】
球状粒子をグラファイトからなる型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１７５０℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させる。この時、最高温度に到達するまでの昇温速度は４０℃／分以上、最高温度での保持時間は３０分とした。最高温度での保持時間は３分以上６０分以下が好ましい。焼結手段については上記条件で焼結できる方法であれば何を用いてもよいが、今回の実験では放電プラズマ焼結を用いた。
【００３１】
得られた透光性の焼結体に９００℃、１時間以上のアニールを施した後、研削、研磨すして厚さ１ｍｍの光学素子とした。光学素子の屈折率およびアッべ数は、それぞれ２．０４と３５であった。また、光学素子の透光性は、バリアン社製分光光度計ＣＡＲＹ４Ｇで測定した透過率により確認した。
【００３２】
実施例２
実施例１と同様の方法で、Ｌａ０．８０Ａｌ１．２０Ｏ３の球状粒子を作製する。球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１７５０℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００３３】
得られた透光性の焼結体に９００℃、１時間以上のアニールを施した後、研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。得られた光学素子の屈折率、アッべ数はそれぞれ２．０４と３６であった。また、光学素子の透光性は、バリアン社製分光光度計ＣＡＲＹ４Ｇで測定した透過率により確認した。
【００３４】
比較例１
実施例１と同様の方法で、Ｌａ０．８８Ａｌ１．１２Ｏ３の球状粒子を作製する。球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１７５０℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００３５】
得られた透光性の焼結体に９００℃、１時間以上のアニールを施した後、研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。得られた光学素子は気孔が残存しているため光学素子としての使用には不適切であった。
【００３６】
比較例２
実施例１と同様の方法で、ＬａＡｌＯ３の球状粒子を作製する。球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１２００℃または１７５０℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００３７】
得られた透光性の焼結体に９００℃、１時間以上のアニールを施した後、研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。得られた光学素子は気孔が残存しているため光学素子としての使用には不適切であった。
【００３８】
実施例３
実施例１と同様の方法で、Ｌａ０．７５Ａｌ１．２５Ｏ３の球状粒子を作製する。球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１６５０℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００３９】
得られた透光性の焼結体に９００℃、１時間以上のアニールを施した後、研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。得られた光学素子の屈折率、アッべ数は実施例１と同様であった。また、光学素子の透光性は、バリアン社製分光光度計ＣＡＲＹ４Ｇで測定した透過率により確認した。
【００４０】
実施例４
実施例１と同様の方法で、Ｌａ０．７５Ａｌ１．２５Ｏ３の球状粒子を作製する。
球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１８００℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００４１】
得られた透光性の焼結体に９００℃、１時間以上のアニールを施した後、研削、研磨して厚さ１ｍｍの光学素子とした。得られた光学素子の屈折率、アッべ数は実施例１と同様であった。また、光学素子の透光性は、バリアン社製分光光度計ＣＡＲＹ４Ｇで測定した透過率により確認した。
【００４２】
比較例３
実施例１と同様の方法で、Ｌａ０．７５Ａｌ１．２５Ｏ３の球状粒子を作製する。球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１２５０℃または１６００℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００４３】
得られた焼結体は焼結温度が低いため気孔が多数残存し、光学素子としての使用には不適切であった。
【００４４】
比較例４
実施例１と同様の方法で、Ｌａ０．７５Ａｌ１．２５Ｏ３の球状粒子を作製する。球状粒子を型に充填し、真空または窒素雰囲気の下、最高温度１８５０℃、圧力１ＭＰａ以上の圧力で焼結させた。
【００４５】
得られた焼結体は焼結温度が高いため型に融着して破損してしまい、光学素子としての使用には不適切であった。
【００４６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の製造方法により得られた透光性セラミックスは高屈折率低分散の光学特性を有するので、光学系に用いられるレンズ、プリズムなどの光学素子に利用することができる。