本发明专利技术涉及光陶瓷和用光陶瓷制备的折射性、透射性或衍射性光学元件。所述光陶瓷和光学元件对可见光和／或红外辐射具有透射性。光陶瓷由聚晶（ｃｒｙｓｔａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）组成，其中单微晶具有Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］类型的立方结构，或者包含选自由Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］或Ｙｂ↓［２］Ｏ↓［３］，或两种或两种以上Ｘ↓［２］Ｏ↓［３］类型氧化物的混合物组成的群组的氧化物，其中Ｘ选自由Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｉｎ、Ｇｄ和Ｌａ组成的群组。也可能是Ｘ↓［２］Ｏ↓［３］与具有不同化学计量的氧化物（例如氧化锆和氧化铪）的混合物，只要保持陶瓷的立方结构即可。可由所述光陶瓷制备的光学元件尤其适合用于映射光学组件（ｍａｐｐｉｎｇ ｏｐｔｉｃ）中，例如具有减小的色差的物镜，尤其是具有大致复消色差映射特性的物镜。在显微术、微刻术、光学数据存储领域中或在“消费者”或工业应用领域的其它应用中，本发明专利技术的光陶瓷光学元件不但可以和玻璃透镜一起，而且可以和其它陶瓷透镜一起用于透镜系统中，尤其也用于数码相机、移动电话相机中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光陶瓷和用光陶瓷制备的折射性、透射性或衍射性光学元件。所述光陶瓷和光学元件对可见光和/或红外辐射具有透射性。光陶瓷由聚晶组成，其中单微晶具有Y2O3类型的立方结构，或者包含氧化物In2O3，或两种或两种以上X2O3类型氧化物的混合物，其中X选自由Y、Lu、Sc、Yb、In、Gd和La组成的群组。也可能是X2O3与具有不同化学计量的氧化物(例如氧化锆和氧化铪)的混合物，只要保持陶瓷的立方结构即可。下文中，陶瓷也称为光陶瓷。根据本专利技术，如上所述，光陶瓷(或陶瓷)是包含氧化物的高度透明多晶单相材料。光陶瓷也应理解为是陶瓷的特定子群。“单相”意思是95重量％以上，优选至少97重量％，且更优选99重量％，且最优选99.5-99.9重量％是结晶形式的指定组合物。可由所述光陶瓷制备的光学元件尤其适合用于映射光学组件(mapping optic)中，例如具有减小色差的物镜，尤其是具有大致复消色差映射特性的物镜。在显微术、微刻术、光学数据存储领域中或在消费者或工业应用领域的其它应用中，本专利技术的光陶瓷光学元件不但可以和玻璃透镜一起，而且可以和其它陶瓷透镜一起用于透镜系统中，尤其也用于数码相机、移动电话相机中。
技术介绍
开发映射光学组件的主要目标在于获得具有尽可能轻的光学装置紧凑配置的充分光学性能。尤其对于电子设备中数字图像检测领域的应用(例如数码相机、移动电话物镜等等)来说，映射光学组件不得不构造得非常小和轻便。换句话说，透镜的总量不得不降到最低。这就需要具有高折射率和尽可能低色散的透明材料，从而使得可设计具有大致复消色差映射特性的极为紧凑的映射光学组件。在显微术的情形下，近衍射极限映射光学组件对于目镜和物镜来说都是必要的。在国防领域，需要在可见光(380-800nm)以及红外光谱范围内(长达8,000nm，理想的是长达10,000nm)具有高透射性，且另外可抵抗外来影响(例如机械作用、冲击、温度、温度变化、压力等)的透明光学装置。对于许多其它技术而言同样适用，例如对于数字投影和进一步的显示技术来说。而且在主要单色应用(例如光学存储技术)中，可以通过具有高折射率的材料来实现紧凑系统。当时，开发映射光学组件受到可用材料光学参数的限制。通过可用的玻璃熔化和玻璃成形技术，只能生产具有高性能种类的玻璃，所述玻璃在阿贝图(Abbe diagram)中，在大致穿过阿贝数＝80/折射率＝1.7和阿贝数＝10/折射率＝2.0的点的线以下绘制折射数对阿贝数的曲线。此虚线在图2a中用点线来显示。更详细地说，具有约1.9与约2.2之间的折射率和约30至40范围内的阿贝数的玻璃倾向于不稳定，因此使得很难生产较高产量且具有充分性能的所述玻璃。具有约1.8与约2.1之间的折射率和约30至55范围内的阿贝数的玻璃也倾向于不稳定。折射率(折射数)nd、阿贝数υ和相对部分色散(例如Pg，F)原则上为所属领域技术人员所熟知，且可通过专门文献来更详细定义。在本专利技术的意义上，根据“The propertiesof optical glass；Bach，Hans；Neuroth，Norbert(编)，Berlin(i.a.).Springer，1995.--(Schottseries on glass and glass ceramicsscience，technology，and applications；1)；XVII，第410页-2.，corr.print，1998，XVII，第414页”中的定义来使用术语。除了折射数和阿贝数以外，相对部分色散对于光学材料的选择也起到重要的作用。如果需要制备大致复消色差的光学装置，就必需具有大致相同的相对部分色散但阿贝数差异较大的材料组合。如果将部分色散Pg，F相对于阿贝数绘图(图2b)，那么大部分玻璃在一条线(“法线”)上。因此，需要具有阿贝数和相对部分色散不同组合特性的材料。当时，在阿贝图中位于前述虚线以上的材料只是单晶体或多晶材料。然而，通过已知拉晶法生产单晶体极为昂贵，而且就化学组合物来说具有极大限制。另外，对于大多数应用来说，晶体不能生产成接近最终形式，因此使得导致需要大量致力于后加工。尽管可用广泛范围的组合物来生产多晶陶瓷，但所述组合物通常不具备充分的光学性能，尤其就折射率和透明度的均匀性而言。至今为止，只已知数种组合物和结构类型可以生产具有充分光学性能的透明陶瓷。因此，至今为止多晶陶瓷只有限程度地用于光学应用中。因此，举例来说，日本专利公开案JP 2000-203933揭示通过特殊烧结法来生产多晶YAG。近来，也已经生产了具有作为激光基质材料的光学性能的多晶YAG，例如用于用激光活性离子(例如Nd)掺杂。在美国专利第6,908,872号中，描述半透明陶瓷使用氧化钡作为陶瓷中必须存在的氧化物。由此获得的陶瓷具有钙钛矿结构和顺电。然而，具有钙钛矿结构的含有此含钡相的陶瓷通常不具有充分的光学映射性能。此为许多钙钛矿倾向于形成变形铁电晶体结构且因此丧失其光学各向同性的原因。尤其，此导致晶体的不利双折射，由此产生陶瓷，且另外，蓝光范围内(约380nm)的透射率是不充分的。US 3,640,887描述基于化学计量X2O3的立方氧化物(“倍半氧化物”)生产光陶瓷。举例来说，只提到了在可见光(约380nm到800nm的波长范围)内由于吸收带而变色的光学活性氧化物。作为烧结助剂，例如使用ThO2。此种光学活性氧化物由于毒性、各自的放射性而并非所需要的。同样属于US 3,545,987。US 4,761,390涉及基本上由Y2O3陶瓷组成的盖板。US 4,755,492还描述透明陶瓷Y2O3以及由本身通过草酸盐沉淀法产生的粉末生产陶瓷Y2O3。所述应用涉及用于高压放电灯的放电容器。US 4,098,612描述用于放电容器的Y2O3和Al2O3混合氧化物的透明陶瓷。Al2O3的含量可高达5重量％，此导致不存在立方结构。同样属于来自US 4,147,744的具有La2O3高含量的透明陶瓷Y2O3。US 4,571,312和US 4,747,973描述Y2O3-Gd2O3系统光陶瓷，其经在UV-VIS(紫外线-可见光范围)内具有光学活性的镧系元素掺杂，用作医学技术中的光学活性闪烁材料。JP 2003-128465和WO 06/03726分别描述分别基于Sc2O3和Lu2O3生产光陶瓷。向其中加入光学活性添加物，且其因此受到关注用于激光系统。US 2006-061880和US 2006-062569分别描述由至少一个陶瓷透镜和其它透镜状玻璃组分组成的光学映射系统组合，但未提到陶瓷对整个系统的有利作用(例如由于适当的散射特性)。使具有极高折射率(nd＝2.08)的陶瓷透镜直接与玻璃透镜(nd＝1.62)接触。不得不采取特定且因此高成本的措施来避免与nd的高度差异相关的光散射问题。因此，例如在US 2006-062569中，陶瓷透镜不得不与玻璃透镜相连，而且不得不减少光散射，并通过所述玻璃-陶瓷-油灰成分在光学映射系统中的特殊排列在整个图像检测器中均匀分布。
技术实现思路
本专利技术的目标在于提供具有高折射率、高阿贝数和/或良好的特殊相对部分色散的材料，所述参数是传统玻璃、单晶材料或多晶陶瓷各材料所不能达到的。根据本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光陶瓷，其由聚晶（ｃｒｙｓｔａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）组成，其中单微晶具有Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］类型的立方结构，所述光陶瓷或者包含选自由Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］或两种或两种以上Ｘ↓［２］Ｏ↓［３］类型氧化物的混合物组成的群组的氧化物，其中Ｘ选自由Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙｂ、Ｉｎ、Ｇｄ和Ｌａ组成的群组，其中所述光陶瓷是可见光和／或红外辐射可透过的。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：京特克龙，乌尔里希波伊切尔特，约瑟夫S海登，卡斯滕温霍尔德，伊冯娜门克，冈野吉雄，
申请(专利权)人：史考特公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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