[發明專利]光學元件和包含光學元件的成像光學元件

有效

• 申請號: 200610152301.1
• 申請日: 2006-09-21
• 公開（公告）號: CN101097262A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 斯特芬·賴歇爾;沃爾弗拉姆·拜爾;弗蘭克－托馬斯·倫特斯;岡野吉雄;約亨·阿爾克姆佩爾;若澤·齊默爾;約瑟夫·S·海登;卡斯滕·溫霍爾德;烏爾里希·波伊切爾特;馬丁·萊茨
• 申請（專利權）人: 史考特公司
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王允方;劉國偉

技術領域

本發明涉及折射、衍射或透射光學元件，其由對可見光和/或紅外光具有高透明度的光學陶瓷制成。具體來說，本發明涉及由適合用于成像光學元件的那些光學陶瓷制成的光學元件，例如具有減少的色差、尤其具有近乎復消色差成像特性的物鏡。

背景技術

根據本發明，光學陶瓷是指基于氧化物且具有高透明度的大體上為單相的多晶材料。因此，光學陶瓷是陶瓷中特殊的子類。在這種情況下，“單相”是指在目標組合物中，至少多于95％的材料，優選至少97％，更優選至少99％且最優選99.5％至99.9％的材料是以晶體的形式存在。單個晶粒以緊湊的方式排列，且基于理論密度，達成至少99％，優選至少99.9％，更優選至少99.99％。相應地，光學陶瓷幾乎沒有小孔。晶體結構對應于ZrO₂立方體結構或對應于石榴石結構。在這種情況下，處于立體對稱的ZrO₂的穩定狀態受所添加的一定量的某種氧化物或氧化物混合物的影響。

光學陶瓷不同于常規的玻璃陶瓷，因為后者除了結晶相之外還具有較高比例的非結晶玻璃相。同樣，常規的陶瓷不能實現光學陶瓷中所具有的這些高密度。無論玻璃陶瓷還是陶瓷都不具有光學陶瓷的有利特性，例如一定的折射率、阿貝數、相對部分色散值和尤其有利的對于可見光和/或紅外光范圍內的光的高透明度。

成像光學的發展過程中的主要目標是利用盡可能輕的具有緊湊構造的光學元件獲得足夠的光學質量。特別是與電子裝置(例如數碼相機、手機的目鏡和類似物)中的數字圖像檢測一起使用時，所形成的成像光學元件必須非常小且輕。換句話說，成像透鏡的總量必須最少。這需要具有高折射率和盡可能低的色散的透明材料，進而允許設計出具有近乎復消色差成像特性的非常緊湊的成像光學元件。

光學陶瓷光學元件可與玻璃透鏡一起，但也可與其他陶瓷透鏡一起用在透鏡系統中，具體來說用在數碼相機、手機相機中，顯微鏡、微光刻數據存儲領域中，或用于消費或工業用途領域中，例如數字投影和其他顯示技術。但也可主要用在單色用途中，例如光學存儲技術，可通過具有高折射率的材料實現緊湊的系統。

在顯微鏡情況下，需要衍射幾乎受限的性能的成像光學元件來用于目鏡以及物鏡。

在國防領域中，需要透明的光學元件，其在可見(380nm至800nm)和紅外光譜范圍內(達到8,000nm，理想上達到10,000nm)高度透明，且另外其對外界(例如機械動作、振動、溫度、溫度變化、壓力等)具有抗擾性。

此時，成像光學元件的發展受到可用的材料的光學參數的限制。通過可用的玻璃融化和玻璃成形技術，僅可制造出這樣一種具有高質量的玻璃，即在阿貝圖表中(其中折射率被繪制成與阿貝數相對)，低于通過點阿貝數＝80/折射率＝1.7和點阿貝數＝10/折射率＝2.0的直線。這根假想線在圖2a中用點線表示。更詳細地說，折射率在約1.9與約2.2之間，且阿貝數在約30與40之間的范圍中的玻璃傾向于不穩定，使得難以制造出較高產量和足夠質量的這些玻璃。折射率在約1.8與約2.1之間且阿貝數在約35與55之間的范圍中的玻璃傾向于不穩定。

折射率(波長為587.6nm下的折射率，n_D)的定義、阿貝數v_d和相對部分色散(P_g，F)對于所屬領域的技術人員基本上已眾所周知，且在專門文獻中有更詳細的描述。在本發明中，所使用的術語是根據“The?properties?of?optical?glass”，Bach，Hans；Neuroth，Norbert(Ed.)，Berlin(i.a.)：Springer，1995，或Schott的“Series?on?glass?and?glass?ceramics”，science，technology，and?applications，XVII，p.410，2.，corr.print.，1998，XVII，p.414。

可見光的透明度是指內部透射率(即，除去反射損耗后的光透射率)，其在寬至少為200nm的窗口中，例如在400nm至600nm的窗口中，450nm至750nm的窗口中或優選在400nm至800nm的窗口中，在波長為380nm至800nm的可見光的范圍中，在層厚為2mm，優選甚至在層厚為3mm，尤其優選在層厚為5mm或更大處高于70％，優選高于80％，更優選高于90％，尤其優選高于95％。