(57)【要約】  高屈折率で異方性が無く、透過波長範囲の広い光学材料を得る。αβＯ３からなり、αはＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つであり、βはＴａ、Ｔｉの少なくとも１つである立方晶の結晶材料を用いる。好ましくは、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５である立方晶の単結晶材料を用いて、相転移温度を室温以下としながら、さらに屈折率を高める。【特許請求の範囲】
【請求項１】
αβＯ３からなり、αはＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つであり、βはＴａ、Ｔｉの少なくとも１つである立方晶の結晶材料からなることを特徴とする光学材料。
【請求項２】
ＫＴａＯ３−ｄからなり、酸素欠損量ｄが０≦ｄ＜１０−７である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする光学材料。
【請求項３】
ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする光学材料。
【請求項４】
Ｋ１−ｙＬｉｙＴａＯ３からなり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする光学材料。
【請求項５】
Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５であり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする光学材料。
【請求項６】
αβＯ３からなり、αはＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つであり、βはＴａ、Ｔｉの少なくとも１つである立方晶の結晶材料からなり、
波長３６０ｎｍから８００ｎｍにおいて屈折率２．２以上を有し、厚さ１０ｍｍにおける透過率が８０％以上またはこれと同等の透過率を有することを特徴とする光学レンズ。
【請求項７】
前記立方晶の結晶材料は、ＫＴａＯ３−ｄからなり、酸素欠損量ｄが０≦ｄ＜１０−７であることを特徴とする請求項６に記載の光学レンズ。
【請求項８】
前記立方晶の結晶材料は、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５であることを特徴とする請求項６に記載の光学レンズ。
【請求項９】
前記立方晶の結晶材料は、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａＯ３からなり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２であることを特徴とする請求項６に記載の光学レンズ。
【請求項１０】
前記立方晶の結晶材料は、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５であり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２であることを特徴とする請求項６に記載の光学レンズ。
【請求項１１】
αβＯ３からなり、αはＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つであり、βはＴａ、Ｔｉの少なくとも１つである立方晶の結晶材料からなり、
波長３６０ｎｍから８００ｎｍにおいて屈折率２．２以上を有し、２．２Ｗ／ｃｍ２の照射強度で１０分間照射した場合の透過率の劣化が、１％以下またはこれと同等の透過率劣化特性を有することを特徴とするプリズム。
【請求項１２】
前記立方晶の結晶材料は、ＫＴａＯ３−ｄからなり、酸素欠損量ｄが０≦ｄ＜１０−７であることを特徴とする請求項１１に記載のプリズム。
【請求項１３】
前記立方晶の結晶材料は、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５であることを特徴とする請求項１１に記載のプリズム。
【請求項１４】
前記立方晶の結晶材料は、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａＯ３からなり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２であることを特徴とする請求項１１に記載のプリズム。
【請求項１５】
前記立方晶の結晶材料は、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５であり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２であることを特徴とする請求項１１に記載のプリズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学材料、光学レンズおよびプリズムに関し、より詳細には、高屈折率で異方性が無く、透過波長範囲の広い光学材料、光学レンズおよびプリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学レンズ、プリズムなどの光学部品は、カメラ、顕微鏡、望遠鏡などの光学機器、プリンタ、コピー機など電子写真方式の記録装置、ＤＶＤなどの光記録、光デバイス等に用いられている。例えば、光記録の分野では、記録密度を高めるために、記録用のレーザ光のビーム径をできる限り小さくする必要がある。そこで、より短い波長の光を効率よく集光するために、短い波長まで高い透過率を維持し、屈折率が可能な限り高く、異方性が無いレンズまたはプリズムが必要となっている。【０００３】
例えば、レーザ光のビーム・スポット径は、光源の波長λとレンズの開口数ＮＡで決定され、０．８×λ／ＮＡであることが知られている。従来のＤＶＤ記録装置では、波長６５０ｎｍの半導体レーザとＮＡ＝０．６のレンズとを用いて、５インチ・ディスクに４．７ＧＢの情報を記録することができる。近年、ＮＡを大きくし波長を短くしたＤＶＤ（Ｂｌｕ‐ｒａｙ）記録装置が開発されている。この装置では、光源として４０５ｎｍの半導体レーザとＮＡ＝０．８５のレンズとを用いて、５インチ・ディスクで約２３ＧＢの記録容量を実現している。【０００４】
さらに、高屈折率の微小レンズを用いて、光の全反射部でのエバネッセント光により、記録密度を高めるニアフィールド記録方式が知られている。この微小レンズは、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）と呼ばれる半球状のレンズであり、光記録媒体と対物レンズとの間に配置される。このような光学系では、対物レンズを透過したビーム・スポット径は、等価的にλ／（ｎ×ＮＡ）となり（ｎはＳＩＬの屈折率）、ＳＩＬを用いない場合に較べて、１／ｎに絞ることができる（例えば、非特許文献１参照）。光記録媒体の記録面とＳＩＬ底面との間隔が、光波長の１／４以下である領域においては、ＳＩＬを透過したレーザ光が、ＳＩＬ内部と同一の性質で出射されていることになり、ビーム・スポット径は、回折限界の１／ｎに絞られる。【０００５】
上述したＳＩＬでは、受光角をθとしたとき、ＮＡ＝ｎ２ｓｉｎθとなり、光学材料の屈折率が大きく影響を及ぼす。このため、屈折率の高い光学材料が不可欠であり、集光性の観点から光学材料が複屈折を持たない均質な材料であることが不可欠である。さらに、短い波長まで光透過性が劣化しない光学材料であることも重要である。ＳＩＬ以外でも、カメラ、顕微鏡、ステッパなどの光学部品は、実装上の制約が大きく、出来る限り屈折率が高く、集光性の高い小型のレンズが必要である。同じ大きさならば、ＮＡが大きく、集光性が高く、明るいレンズを実現できることが望ましい。また、プリズムについても同様であり、高屈折率材料を用いることにより、小型で十分な分光特性を実現することができる。【０００６】
上記の観点から、高屈折率ガラス、結晶材料の検討がなされてきた。ガラスにおいては、Ｌａ、Ｐｂを多量に含有する高屈折率ガラス、ＴｅＯ２を主成分とするガラスが知られている。しかしながら、可視光領域において屈折率２．２を実現できる光学材料は開発されておらず、屈折率を高くすると、４００ｎｍ付近の光透過特性が劣化するという問題があった。【０００７】
一方、結晶材料については、多くの酸化物結晶で、屈折率が高い材料を用いたレンズが発明されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、結晶材料においては、複屈折が無い光学的に均質な材料は、結晶構造が立方晶であるものに限定される。特許文献１には、多くの結晶が開示されているが、等方性の材料としては、ＳｒＮｂＯ３、ＳｒＴａＯ３、Ｂｉ２０ＳｉＯ１２、Ｂｉ２０ＧｅＯ１２、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２、ＧａＰに限定されている。これら結晶においても、可視光領域の屈折率は、２．０６〜２．２２の範囲に留まっている。【０００８】
また、高輝度の液晶プロジェクタなどには、可視光領域の透過性に優れ、屈折率の異方性が無く、屈折率が高い材料を用いた偏光光学系用のプリズムが必要になる。従来、ホウケイ酸ガラスが用いられていたが、光弾性効果が大きいという欠点があった。そこで、鉛含有ガラスなどの高屈折率ガラスを用いることが検討されているが、これらガラスは短い波長域の光透過特性が悪く、液晶プロジェクタで使用する波長領域をカバーすることができないという問題があった。【０００９】
さらに、大気汚染の計測装置などには、波長５μｍ程度までの長波長領域にわたって吸収がなく、高い屈折率を有する光学材料が求められている。これまでに知られている光学材料の長波長領域の光透過特性は、以下の通りである。石英系ガラスの光透過域は、波長２μｍ程度までであり、屈折率も小さい。ＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ４−ＢａＦ２−ＬａＦ３−ＡｌＦ３−ＮａＦ）などのフッ化物ガラスは、光透過特性に優れるが、屈折率が１．５前後と小さい。Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅなどのカルコゲナイトガラスは、光透過特性に優れているが、毒性に問題がある。従って、長波長領域において光透過特性に優れ、屈折率の高い光学材料が求められている。【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１９３０１号公報
【非特許文献１】シャープ技報、「大容量光ディスクの動向」、第７２号、１９９８年１２月、ｐｐ．９−１２
【発明の開示】
【００１１】
本発明の目的は、高屈折率で異方性が無く、透過波長範囲の広い光学材料、光学レンズおよびプリズムを提供することにある。
【００１２】
本発明の光学材料は、このような目的を達成するために、αβＯ３からなり、αはＫ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａの少なくとも１つであり、βはＴａ、Ｔｉの少なくとも１つである立方晶の結晶材料からなることを特徴とする。例えば、αはＫ、βはＴａとすれば、幅広い温度範囲において複屈折が無く、可視光領域で２．２〜２．４の高い屈折率を得ることができる。また、ＫＴａＯ３−ｄからなり、酸素欠損量ｄが０≦ｄ＜１０−７である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする。
【００１３】
別の態様によれば、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする。この構成によれば、相転移温度は、室温以下でありながら、さらに屈折率を高めることができる。また、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａＯ３からなり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２である立方晶の結晶材料とすることもできる。
【００１４】
さらに別の態様によれば、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなり、組成ｘが０≦ｘ≦０．３５であり、組成ｙが０≦ｙ≦０．０２である立方晶の結晶材料からなることを特徴とする。この構成によれば、結晶の相転移を、潜熱を伴わない２次の相転移とすることができ、クラックの発生などの問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ＫＴの屈折率の波長依存性を示す図、
【図２】図２は、ＫＴの光透過特性を示す図、
【図３】図３は、ＫＴの酸素欠損と波長４０５ｎｍにおける吸収係数との関係を示す図、
【図４】図４は、ＤＶＤ記録装置のピックアップ系の構成を示す図、
【図５】図５は、ＫＴＮのＮｂ添加量ｘと屈折率および相転移温度との関係を示す図、
【図６】図６は、ＫＴＮのＮｂ添加量ｘと短波長吸収端およびアッベ数との関係を示す図、
【図７】図７は、ＫＴＮの長波長側のスペクトルを示す図、
【図８】図８は、Ｓｒ添加量ｘと相転移温度との関係を示す図、
【図９】図９は、本発明の一実施形態にかかるクロスダイクロイックプリズムの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態においては、光学材料としてＫ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、以下、ＫＬＴＮという）なる化学式を有する結晶材料を用いて、室温で立方晶となる組成を用いたレンズおよびプリズムを作成することを特徴としている。ＫＬＴＮは、立方晶から正方晶へと温度により結晶系を変える性質を有している。Ｌｉの含有量が０〜０．０２、Ｎｂの添加量が０〜０．３５の領域であれば、立方晶から正方晶への相転移温度を室温以下とすることができる。従って、室温での使用において複屈折の無い光学材料が得られ、この結晶材料で作製したレンズおよびプリズムは、透過光の偏光依存性が無くなる。【００１７】
（ＫＴ）
上述の組成において、ＫＴａＯ３（ｘ＝０，ｙ＝０、以下、ＫＴという）は、ほぼ−２７３℃の相転移温度を有し、幅広い温度範囲において複屈折の無い結晶材料が得られる。この組成においても可視光領域で２．２〜２．４の高い屈折率を得ることができ、光学レンズやプリズムとしての性能は高い。図１に、ＫＴの屈折率の波長依存性を示し、図２に、ＫＴの光透過特性を示す。ＫＴａＯ３は、可視光の波長領域（４００〜８００ｎｍ）において２．２以上の屈折率を有しており、波長４００ｎｍ付近では、２．３８に達している。また、図２に示した光透過特性においては、光の吸収端が約３６０ｎｍであり、短い波長まで十分な光透過性を維持していることがわかる。具体的には、波長４００ｎｍ付近では、厚さ１０ｍｍの材料で透過率が８０％以上またはこれと同等の透過率を有する。【００１８】
しかし、ペロブスカイト型酸化物は、作製条件、熱処理条件によって容易に酸素欠損を生じる。この酸素欠損によって発生するキャリアによる光吸収によって、光透過特性が劣化する。図３に、ＫＴの酸素欠損と波長４０５ｎｍにおける吸収係数との関係を示す。ＫＴａＯ３結晶を育成する際に、雰囲気中の酸素分圧を変化させて作製した試料を準備する。酸素雰囲気中の熱重量分析により増加する重量から酸素欠損を測定し、分光光度計を用いて可視光領域の吸収係数を試料ごとに測定する。図３に示したように、酸素欠損が増大するとともに、吸収係数も増大することがわかる。レンズ等の実用性を考慮すると、材料の内部光透過率は、１ｃｍあたり９０％以上であることが望ましい。従って、ＫＴの酸素欠損は、１０−７以下であることが不可欠であり、その場合、ＫＴの組成は、ＫＴａＯ３−ｄ（０≦ｄ＜１０−７）と表される。【００１９】
なお、Ｋを、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａのうち少なくとも１つの元素で置き換え、かつ、Ｔａを、Ｔｉで置き換えた結晶材料を用いることもできる。このような結晶でも、相転温度に大きな変化をもたらすことなく、屈折率をさらに上昇させることができる。【００２０】
（ＫＴＮ）
さらに屈折率が高い材料を必要とする場合には、Ｎｂを添加することで効果的に屈折率を上昇させることができる（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３：０≦ｘ≦１、ｙ＝０、以下、ＫＴＮという）。但し、ＫＮｂＯ３（ｘ＝１，ｙ＝０）では、相転移温度が、約４２０℃になるため、室温では複屈折を有することになる。従って、室温で利用する場合には、Ｎｂの添加量に制限が発生する。具体的には、Ｎｂの含有量が、Ｔａに対して３５％を超えると相転移温度が室温以上になる。さらに、相転移温度が室温以下であっても、保管や輸送温度が相転移温度以下になる場合には、結晶材料が相転移を繰り返すことになる。この場合、結晶の構造変化を伴うため、結晶にクラックが発生するなど、信頼性を低下させる要因となる。これは、ＫＴＮの組成では、相転移が潜熱を伴う１次の相転移となるためである。【００２１】
（ＫＬＴＮ）
そこで、Ｌｉを添加することにより、結晶の相転移を、潜熱を伴わない２次の相転移とすることができ、クラックの発生などの問題を解決することができる。従って、保管や輸送温度に比べて相転移温度が十分に低い場合には、ＫＴＮによって十分に高性能で信頼性の高いレンズまたはプリズムを構成することができる。さらに高屈折率化し、保管や輸送温度と相転移温度が近接してきた場合には、Ｌｉを添加したＫＬＴＮが有効となる。【００２２】
以上のことから、従来の材料では不可能であった高屈折率で複屈折が無い光学レンズならびにプリズムを実現することができる。以下、実施例を用いて説明するが、本発明の特許請求の範囲を、下記の実施例で限定するものではない。
【実施例１】
【００２３】
（ＫＴ結晶からなるレンズ）
ＴＳＳＧ法で育成したＫＴ結晶を、ワイヤーソーを用いて、［１００］方位で１．２〜１．５ｍｍ厚にスライスする。スライスした基板を、ワイヤーソーを用いて、１．２〜１．５ｍｍの間隔で切り出し、１．２〜１．５ｍｍ角の立方体を作製する。この立方体結晶を研磨材とともに容器に入れ、攪拌することにより角をとり、ほぼ球状の粗研磨ボールを得る。粗研磨ボールを、さらに研磨剤と２枚の研磨板に挟み込み、所定の加重を加えながら回転させることにより、直径１．０ｍｍのボールレンズを得る。ボールレンズを、ワックスを用いて研磨板に固定し、一定加重を加えて回転研磨することにより、１面を平坦に加工して、半球状のレンズを得ることができる。この微小半球レンズをＳＩＬとして用いることにより、ＤＶＤ記録装置のピックアップを構成する。【００２４】
図４に、ＤＶＤ記録装置のピックアップ系の構成を示す。半導体レーザから出射されたレーザ光は、対物レンズ３１を透過して、所定のビーム・スポット径に絞られる。対物レンズから出射したレーザ光は、ＳＩＬ３２で集光され、ＳＩＬ３２の底面で焦点を結ぶ。光記録媒体３３の記録面とＳＩＬ３２底面との間隔が、光波長の１／４以下に設定されており、ＳＩＬ３２からしみ出したレーザ光は、所定のビーム・スポット径で光記録媒体３３の記録面に達する。【００２５】
実施例１で用いた半導体レーザは、６８５ｎｍの波長である。ＮＡ＝０．６５の対物レンズと、屈折率２．２３のＫＴ結晶のＳＩＬとを用いて、ＤＶＤ記録用の評価装置により記録密度を評価すると、１９Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２の記録密度を実現できる。従来の高屈折率ガラスをＳＩＬに用いた場合は、波長６８５ｎｍでの屈折率が２．０であり、記録密度は１６Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２に留まる。【００２６】
従って、従来のレンズ材料よりも高い屈折率を有する材料を用いて、レンズを構成することにより、高い記録密度を実現することができる。また、実施例１のレンズ材料によれば、集光特性が優れており、材料の複屈折が存在していないことが明らかである。【００２７】
なお、実施例１においては、波長６８５ｎｍの半導体レーザを用いたが、図１，２に示したように、実施例１のレンズ材料は、波長３６０ｎｍまでレンズの集光特性が良好である。従って、さらに短い波長領域において、さらに高密度の記録を実現することができる。例えば、ＤＶＤ記録用の評価装置に、波長４０５ｎｍの半導体レーザとＮＡ＝２．２のＳＩＬとを用いて、５インチ・ディスクに近接場記録を適用すると、記録容量１５０ＧＢを達成することができる。
【実施例２】
【００２８】
（ＫＴＮ結晶からなるレンズ）
図５に、ＫＴＮのＮｂ添加量ｘと屈折率および相転移温度との関係を示す。測定波長は、６３２．８ｎｍであった。Ｎｂ添加量に比例して屈折率が上昇し、ｘ＝０．３５で屈折率２．２７に達している。屈折率と同様に相転移温度も直線的に上昇し、ｘ＝０．３５でほぼ２５℃になる。従って、Ｎｂの添加が屈折率の増加に有効であること、結晶が複屈折を持たない条件で使用するためには、Ｎｂ添加量が０．３５以下であることが重要であることがわかる。【００２９】
Ｎｂ添加量ｘ＝０．３５の結晶を用いて、実施例１と同様にＳＩＬを作製する。ＮＡ＝０．６５の対物レンズと、屈折率２．２７のＫＴＮ結晶のＳＩＬとを用いて、ＤＶＤ記録用の評価装置により記録密度を評価すると、２１Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２の記録密度を実現できる。また、ＤＶＤ記録用の評価装置に、波長４０５ｎｍの半導体レーザとＮＡ＝２．２のＳＩＬとを用いて、５インチ・ディスクに近接場記録を適用すると、記録容量１６０ＧＢを達成することができる。【００３０】
一方、Ｎｂ添加量が０．３５以上になると、結晶の相転移温度が室温に近くなるため、結晶に圧力を加えるなどの外部からの影響により容易に正方晶に相転移し、結晶の光学的均質性を維持できなくなる。また、光透過特性が劣化し、波長吸収端が４００ｎｍとなる。従って、Ｎｂ添加量が０．３５以上になると、レンズとしてＮＡを増加させることは可能であるが、実用上、光学的均質性、透過特性が得られない。図６に、ＫＴＮのＮｂ添加量ｘと短波長吸収端およびアッベ数との関係を示す。Ｎｂを多く含む結晶は、屈折率が大きくなるとともに分散が大きくなり、光吸収端が長波長側にシフトする。また、光吸収端が長波長側にシフトするに伴って、屈折率分散量が大きく、すなわちアッベ数が小さくなる。ＫＴＮ材料は、Ｎｂの添加により、高屈折率、高分散になることがわかる。【００３１】
図７は、ＫＴＮの長波長側のスペクトルを示す。縦軸の透過率は、結晶の両表面での反射を含んでいるため、内部透過率ではない。例えば、波長４μｍにおける内部透過率は１００％である。このように、ＫＴＮ結晶は、波長５μｍまで吸収を持たず、高い屈折率を有しているので、中赤外領域におけるレンズ、プリズムに適用することができる。
【実施例３】
【００３２】
（ＫＬＴ）
ＫＴにＬｉを添加することにより、結晶育成温度を下げることができ、結晶育成過程において、Ｋ２Ｏの蒸発量を低減することができる。Ｋ２Ｏが蒸発すると結晶製造装置の上部の低温領域に凝縮し、凝縮量が多くなると、るつぼ内部に落下する。凝縮物の落下により、これを核とする雑晶が育成中の溶液に浮き、結晶の安定成長を妨げる。従って、Ｌｉを添加することにより、結晶の大型化、歩留まりの向上を図ることができ、レンズの低価格化に貢献することができる。【００３３】
ＫＴの育成溶液に、Ｌｉ２ＣＯ３を添加し、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａＯ３（０≦ｙ≦０．０２、以下、ＫＬＴという）の組成の結晶を育成する。組成ｙを０．０２以下としたのは、ｙ＞０．０２では立方晶を維持できなくなるからである。このとき、Ｋ２ＣＯ３に対するＬｉ２ＣＯ３の量は、１８ｍｏｌ％である。このＫＬＴの屈折率は、組成ｙに対して、波長４０５ｎｍでは、
ｎ（＠４０５ｎｍ）＝２．３５３−０．１９ｙ
と表される。この式から明らかなように、Ｌｉの添加によって結晶の屈折率は低下するが、低下量は、Ｌｉの最大添加量０．０２において、わずかに０．００３８程度であり、実用上問題とならない範囲である。一方、上述したように、結晶育成温度を下げることができるので、歩留まりが２０％向上する。
【実施例４】
【００３４】
実施例１の結晶材料に対して、ＫをＢａに置き換え、ＴａをＴｉで置き換えたＢａＴｉＯ３は、相転移温度が１２０度である。そこで、実施例３の結晶材料と同様に、Ｌｉに代えてＳｒを添加したＢａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３（０．３４≦ｘ≦１）を作製する。図８に、Ｓｒ添加量ｘと相転移温度との関係を示す。立方晶から正方晶への相転移温度は、Ｓｒの添加量が増加するほど低下する。室温で立方晶であるためには、相転移温度が室温以下であることが望ましく、図８より、組成ｘは０．３４以上であることが望ましい。
【実施例５】
【００３５】
（ＫＬＴＮ）
図５に示したように、Ｎｂ添加量が０．２以上となると、相転移温度は−１００℃を越える。従って、保管や輸送温度が相転移温度以下になる可能性があり、結晶材料が相転移を繰り返すことによるクラックの発生などが考えられる。そこで、Ｌｉ添加量ｙ＝０．０１のＫＬＴＮを用いて、クラック発生を抑制する。【００３６】
Ｎｂ添加量ｘ＝０．３５の結晶を作製し、−４５℃〜＋６０℃の温度サイクルを施した。その結果、Ｌｉを添加しない結晶では、１０００サイクル経過後、１００試料のうち２〜３試料の表面に微小クラックが発生した。一方、Ｌｉ添加量ｙ＝０．０１の結晶では、クラックの発生は認められなかった。
【実施例６】
【００３７】
（ＫＴ結晶からなるプリズム）
図９に、本発明の一実施形態にかかるクロスダイクロイックプリズムを示す。実施例１と同様の組成のＫＴ結晶を用いて、３板式色分離合成光学系に用いられる三角柱プリズム５１ａ〜５１ｄを４本作製する。作製には、通常の研磨技術を用いる。三角柱プリズム５１ａ〜５１ｄの直角面には、誘電体多層膜コーティングを施し、各々直角面を接合する。接合された四角柱の横断面の一方の対角線となる直角面５２ａ，５２ｃには、ＲＧＢ信号のうちＲ信号を反射し、Ｇ信号およびＢ信号を透過する多層膜を付す。他方の対角線となる直角面５２ｂ，５２ｄには、Ｂ信号を反射し、Ｒ信号およびＧ信号を透過する多層膜を付す。このようにして、ＲＧＢ信号に分離して各々変調を加えてから合成する３板式色分離合成光学系に用いられるクロスダイクロイックプリズムを作製する。【００３８】
このクロスダイクロイックプリズムをプロジェクタに設置する。光源は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプまたはハイパワーキセノンランプを用いて、２０００ルーメンの高輝度で画像を投射する。本実施形態にかかるクロスダイクロイックプリズムは、２．２Ｗ／ｃｍ２の照射強度で、１０分間照射した場合の透過率の劣化が、１％以下またはこれと同等の透過率劣化特性を有する。従って、本プロジェクタの投射映像は、長時間にわたり輝度が変化せず、演色性の高い映像を維持することができる。このように、ＫＴ結晶は、高光耐性、高均質性、高光透過特性を示すので、この材料を用いたクロスダイクロイックプリズムは、プロジェクタなどの高光入力の映像装置へ適用することができる。
【実施例７】
【００３９】
（ＫＴＮ結晶からなるプリズム）
実施例２と同様のＫＴＮ結晶を用いて、実施例６と同様のクロスダイクロイックプリズムを作製する。実施例６と同様に、３板式色分離合成光学系を構成するプロジェクタに適用する。Ｎｂを添加したプリズムにおいても、光透過特性、光耐性は劣化せず、実施例６と同様に、安定した高い輝度の映像を投射することができる。また、Ｌｉを添加したＫＴＬＮ結晶を用いた場合でも、クロスダイクロイックプリズムとして、十分な特性を維持することができる。
【実施例８】
【００４０】
（多結晶材料）
上述した実施例の結晶材料は、単結晶材料を用いたが、多結晶材料であっても、高屈折率で異方性が無く、透過波長範囲の広い光学材料を作製することができる。以下に、多結晶のＫＴの作製方法について述べる。原料としてＫ２ＣＯ３とＴａ２Ｏ５の粉末を、１：１のモル比で混合した後、白金容器に入れ、１０００度の酸素雰囲気中で１０時間加熱する。加熱によってＣＯ２の脱離反応と共に、ＫＴａＯ３が生成される。生成されたＫＴａＯ３粉末を、軽く粉砕した後に、ＫＦ粉末と混合し、７００度の酸素雰囲気で５時間加熱する。加熱によって固相反応によりＫ２ＴａＯ３Ｆが生成される。これを水に溶解し、８０度に加熱した後、１２時間放置する。溶液を攪拌しながら、水を蒸発させ、水溶液中に沈殿が生じたのを確認して、ろ過によって沈殿物を回収する。このとき、水による洗浄を繰り返し、ＨＦ成分を除去する。このようにして作製した粉末は、ＫＴａＯ３微粉末であり、その平均粒径は約１０μｍである。【００４１】
ＫＴａＯ３微粉末に、一軸プレス機により５ｋｇ／ｍｍ２の圧力を加え、直径３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのペレットに成型する。このペレットを白金容器に入れ、ＫＴａＯ３微粉末で覆った後、電気炉に入れ、１０００度の酸素雰囲気中で１０時間加熱する。自然冷却の後、ペレットを取り出すと、焼結により収縮しており、直径２０ｍｍ、厚さ６ｍｍの透明なペレットが得られる。ここでは、ペレットの表面からＫ２Ｏが蒸発するのを抑制するために、同じ組成の粉末でペレットを覆っている。電気炉内部にＫ２Ｏを含む粉末材料を入れ、Ｋ２Ｏの蒸気圧を平衡蒸気圧以上に保つようにしてもよい。【００４２】
得られたペレットを電子顕微鏡により観察すると、平均結晶粒５０〜１００μｍの多結晶体であることがわかる。このペレットの透過率および屈折率は、上述したＫＴしほぼ同じであり、複屈折も測定限界以下となる。このペレットから１．２ｍｍ角の立方体を切り出し、実施例１と同様にＳＩＬを作製する。ＤＶＤ記録用の評価装置により記録密度を評価すると、実施例１と同程度の記録密度を実現できることがわかる。このように、結晶材料が立方晶であるため、単結晶材料でも多結晶材料でも、光学的に均質なレンズを作製することができる。【００４３】
実施例８では、固相反応を用いた粉末作製を行ったが、ゾルゲル法、共沈法などの粉末作製方法を用いてもよい。また、結晶材料の酸素欠損量を極力低く抑えるために、焼結する場合の酸素雰囲気または平衡分圧以上の酸素を含む雰囲気であることが好ましい。【００４４】
また、ＫＴの多結晶材料を作製する過程で、Ｎｂ２Ｏ５を添加することにより、ＫＴＮの多結晶材料を作製することができる。多結晶のＫＴＮも、光学的に均質な特性を示し、ボイドなどの欠陥はみられず、焼結体密度は、ほぼ１００％に達する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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