KR20060041855A

KR20060041855A - 정밀유리구의 제조방법 및 유리광학소자의 제조방법

Info

Publication number: KR20060041855A
Application number: KR1020050011460A
Authority: KR
Inventors: 테루오 야마시타; 시게루 하야시; 마사히로 요시다
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-05-12
Also published as: CN1654384B; JP5635636B2; JP2013136514A; US20050210923A1; CN1654384A; KR100720211B1

Abstract

본 발명은 광학적 불균일층이 없는 유리소재를 간편한 방법으로 제공하는 것, 및 그와 같은 유리소재로부터 광학적 성능이 우수한 유리광학소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

용융유리를 적하시키고, 적하시킨 용융유리 덩어리를 받이형판 위에서 성형하는 것에 의해 유리소구를 성형시키는 공정, 및 상기 유리소구의 표면 상의 광학적 불균일층을 제거하여 광학적 불균일층이 없는 유리구(정밀유리구)를 얻는 공정을 포함하는 정밀유리구의 제조방법이다. 얻고자 하는 광학소자의 형상을 기초로 하여 정밀형상가공을 실시한 프레스 성형용 성형형판을 이용하고, 가열하여 연화시킨 유리소재를 프레스 성형하는 것을 포함하는 유리광학소자의 제조방법으로, 상기 유리소재로서 상기 정밀유리구를 이용한다.

용융유리, 정밀유리구, 유리광학소자, 불균일층, 프레스 성형

Description

정밀유리구의 제조방법 및 유리광학소자의 제조방법 {Method of manufacturing precision glass spheres and method of manufacturing optical glass elements}

도 1은 유리 덩어리를 유리소구로 성형하는 장치의 일례를 나타내는 도이다.

도 2는 유리 덩어리를 유리소구로 성형하는 장치의 일례 및 성형 설계를 나타내는 도이다.

도 3은 유리소구의 연마공정의 설명도이다.

도 4는 유리소구연마를 위한 평면판 방식의 설명도이다.

도 5는 유리소구연마를 위한 V홈판 방식의 설명도이다.

도 6은 유리소구 및 정밀유리구의 치수를 설명하는 도이다.

도 7은 일본 특개평 제6-227828호의 도 6에 나타나는 대략 구형인 성형용 유리소재의 형상을 나타내는 도이다.

본 발명은 렌즈 등의 광학소자의 성형에 이용하는 유리소재(프리폼) 등으로 서 이용되는 유리구의 제조방법으로서, 중량 정밀도가 높게 예비성형되어 표면에 광학적 불균일층을 갖지 않는 유리구(이하, "정밀유리구" 라 한다)의 제조방법, 및 이 정밀유리구를 이용한 유리광학소자의 제조방법에 관한다.

원하는 광학소자의 최종형상을 기초로, 정밀한 형상가공을 실시한 성형형판을 이용하는 것에 의해, 유리소재를 프레스 성형(이하, 정밀 몰드프레스라고 한다)하여, 렌즈 등의 유리광학소자를 얻는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 비구면을 갖는 광학소자나, 미세한 패턴을 갖는 광학소자 등, 연삭, 연마방법에 의해 성형하는 것이 곤란한 광학소자의 제조에 매우 유리하다.

이와 같은 정밀 몰드프레스에 이용하는 유리소재로서는, 소정의 형상이나 중량으로 예비성형된 것을 이용하는 것이 알려져 있다. 이와 같은 유리소재의 제조방법으로서, 다음과 같은 방법이 알려져 있다.

용융유리를 유리 덩어리로 고화시킨 후, 절단이나 연삭, 연마가공 등의 냉간가공에 의해, 일정 중량 및/또는 일정 형상의 유리소재로 분할하는 방법이다. 예를 들면, 유리 블록을 절단가공하는 것에 의해 입방체 형상의 유리소재를 얻거나, 또는 유리 로드(glass rod) 형상으로 가공한 후에 소정의 길이로 절단가공하는 것으로 원주상의 소재를 얻을 수 있다. 또한, 이를 연삭이나 연마가공하여 소정 중량이나 소정 형상으로 하는 것도 가능하다.

일본 특개소 제61-261225호에는 유리 고브(glass gob)를 연마하여 유리구를 형성하고, 이 유리구를 가압가열 성형하는 것으로, 광학소자를 얻는 방법이 기재되어 있다.

일본 특개평 제6-227828호에는 유리재를 절단하여 체적관리된 유리예비소재 를 준비하고, 원적외선에 의해 열간가공하여 대략 구형상으로 형성시키고, 이를 구체 형상으로 연삭가공하는 유리소재 성형법이 기재되어 있다.

일본 특허 제2,746,567호에는 용융유리를 유출 파이프로부터 적하시키고, 이것을 오목부를 갖는 성형형판으로 받고, 기체에 의해 부상시키면서 오목부의 내면과 실질적으로 비접촉한 상태에서 구형상으로 성형하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 예비성형된 유리소재는, 표면에 흠집이 가거나 표면이 더러워지는 등의 결함이 없는, 중량정밀도가 높은 유리소재를 얻을 수 있다.

그러나 상기 방법에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 유리 덩어리로부터 냉간가공만으로 정밀 몰드프레스용의 유리소재를 얻는 방법에서는, 큰 치수(예를 들면, 외형 50cm 이상)의 유리 블록으로부터, 작은 치수(예를 들면, 수mm∼20mm 정도)의 유리소재를 제작하기 때문에, 그 가공공정수가 많아 진다. 또한, 유리 블록으로부터 소정의 치수나 형상으로 가공하는 때의 가공 영역의 양이 최종적으로 얻어지는 유리소재의 양에 대해, 그 체적비로 약1/5∼1/2 이상으로 큰 양을 차지한다. 이 때문에, 가공에 시간이 걸리게 되고, 또한, 가공 소비재나 가공 폐기물(재이용이 곤란한 유리 연마 부스러기, 또는 연마재나 연마 슬러리)의 양이 많아 진다. 특히, 광학유리의 대부분은 원하는 광학특성을 얻기 위해서, 천이금속산화물이나 중금속 산화물을 함유하는 경우가 많기 때문에, 폐기나 처리가 환경부하를 발생하게 되는 문제가 생긴다. 또한, 유리 소재는 입방체나 원주로, 성형하고자 하는 광학소자와 그 형상이 매우 상이하며, 또한 표면의 평활성도 충분하지 않기 때문에, 성형 효율이 좋지 않고, 또한 면 정밀도 등의 광학성능도 불충분하였다. 또한, 형상이나 평활성의 문제를 해소하기 위해서, 이 유리소재를 연마가공하여 구형상으로 할 수 있긴 하지만, 연마 영역이 크게 되어, 생산 효율이 떨어지는 데다, 연마 가루의 배출량이 증가되는 등의 문제도 있다.

일본특개소 제61-261225호에 기재된 방법에서는, 형상이 불균일(일그러진)하고 표면도 평활하지 않은 유리 고브를 원료로 하여, 이를 소정형상으로 연마하고 있는데, 상기 유리 덩어리를 절단이나 연삭 등으로 냉간가공하는 방법과 동일하게, 연마 영역이 커, 생산 효율이 떨어지게 되는 데다, 연마 가루의 배출량이 많게 되는 등의 문제도 있었다.

일본 특개평 제6-227828호에 기재된 방법에서는 (1) 유리소재를 일정한 체적의 원주 형상으로 절단가공하는 공정, (2) 원적외선을 이용하여 유리 연화점 이상으로 가열하는 것에 의해 대략 구형으로 변형가공하는 공정, (3) 구체로 하기 위한 배럴 가공을 실시하는 공정, (4) 표면을 경면으로 하기 위해 경면가공하는 공정, 등과 같은 다수의 공정을 거칠 필요가 있다. 또한, 열처리에 의해 대략 구형으로 가공한다고 기재되어 있다. 그러나, 이 대략 구형체인 유리소재는 치구와의 접촉 등으로 인해, 일본 특개평 제6-227828호의 도6(본원 도7에 동일한 도를 나타낸다)에 나타나는 것과 같은, 원통 측면과 2개의 의구면(유사구면)으로 이루어진 형상을 가지며, 구체와는 상당한 차이가 있는 형상을 나타낸다. 이 때문에, 그 후, 냉간가공을 복수 공정 실시할 필요가 생기며, 그 가공 영역이, 외경으로 1.2mm 이상, 중량으로 44% 이상으로, 상당히 커지게 되는 문제점이 있다.

일본 특허 제2,746,567호에 기재된 방법에서는 구형의 유리소재(구(球)프리 폼)를 얻는 경우에서도 다음과 같은 문제가 있다.

유리소재가 휘발성의 성분을 포함하는 경우, 적하, 성형된 유리소구에 표면 맥리(striae)가 생기는 경우가 있다. 이것은 유리소구 성형공정 중에 유리표면에서 발생하는 유리성분의 휘발로 인해, 표면조성이 내부와 약간 다르게 되는 것에 기인하는 굴절률의 불균일성이 그 원인인 것으로 추측된다. 예를 들면, 저분산 유리재(예를 들면, 아베수 νd가 60 이상)인 불인산염 유리에 있어서는, 불소의 휘발에 기인하여, 유리소구에 표면 맥리가 매우 발생하기 쉽다. 또한, 유리의 골격 성분으로서 붕산을 포함하는 경우에는, 붕산의 휘발로 인해 표면 맥리가 발생되기 쉽다. 또한, 정밀 유리 몰드에 적합한 광학유리를 얻기 위해서, 연화온도를 낮출 유효한 성분으로서 알칼리 성분을 포함시키는 경우가 있는데, 이 경우에서도 알칼리 성분은 휘발성이 있어, 유리소구에 표면 맥리를 발생시키는 원인이 된다.

또한, 고굴절률 유리재(예를 들면, 굴절률 nd가 1.7 이상의 유리재)에서는, 고굴절률 성분이 다량으로 함유되기 때문에, 필연적으로 유리의 골격성분이 적게 되고, 액상온도가 높아진다. 또한, 연화온도도 높아지는 경향이 있기 때문에, 알칼리 성분을 많이 함유시켜, 연화온도를 낮출 필요가 있다. 일반적으로, 알칼리 성분을 많이 함유시키면, 유리의 열적 안정성이 저하되기 때문에, 더욱더 액상온도가 높게 되어 버리는 경향이 있다. 이와 같은 광학유리를 이용하여 유리소구를 열간성형하는 경우, 결정화를 막기 위해, 액상온도 이상에서 유출시킬 필요가 있다. 유출온도가 높으면, 그 사이에 휘발하는 유리성분량이 무시할 수 없을 정도로 많게 되고, 표면 맥리의 원인이 된다. 또한, 유출온도가 높기 때문에 용융유리를 성형할 때의 유리점도가 낮게 되고, 적하 시에 있어서, 충돌의 때나 용융유리를 회전시켜 구 형상화하는 때에 유리소구의 표면에 기포가 들어가기 쉽다. 이와 같은 성형조작에 의해 생기는 기포는 유리소구의 극표면에 생기기 쉽다. 적하 시에 저점성인 광학유리는 특히, 고굴절률 유리재에 많다.

이상과 같은 유리의 특성으로 인해, 일본 특허 제2,746,567호에 기재된 방법에서는 표면근방에 맥리나 거품을 포함한 광학적 불균일층의 생성이 일어나기 쉽고, 양산화가 가능한 유리조성이 제한되는 문제가 있었다. 또한, 이와 같이, 표면 맥리나 표면의 기포와 같은 광학적 불균일층을 표면에 갖는 유리소구를 이용하면, 얻어진 유리광학소자의 광학적 성능에 악영향을 미치는 경우가 있다.

특히, 고밀도 광정보 기록재생용의 픽업렌즈나, 소형 또는 박형 촬상기구(디지털 카메라용 렌즈, 휴대전화 탑재 카메라 렌즈)의 렌즈에 있어서는, 고굴절률의, 고부가가치 유리재가 다용되고 있으며, 또한 이들에는 고품질성이 요구된다. 이 때문에, 이와 같은 광학소자를 성형하기 위한 유리소재로서, 상기와 같은 광학적 불균일층을 갖는 유리 프리폼으로는 원하는 품질을 갖는 유리광학소자를 얻을 수 없는 경우가 있었다. 따라서, 광학적 불균일층이 없는 유리 프리폼을 얻는 것이 과제가 된다.

본 발명의 목적은 광학적 불균형층이 없는 유리 프리폼(유리소재)을 간단한 방법으로 제공하는 것에 있다. 또한 본 발명은, 광학적 불균일층이 없는 유리 프리폼(유리소재)으로부터 광학적 성능이 우수한 유리광학소자를 제조하는 방법을 제공 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제의 해결을 목적으로 한다.

(1) 용융유리를 적하시키고, 적하시킨 용융유리 덩어리를 받이형판 위에서 성형하는 것으로 유리소구를 형성하는 공정, 및

상기 유리소구의 표면상의 광학적 불균일층을 제거하여 광학적 불균일층이 없는 유리구(정밀유리구)를 얻는 공정을 포함하는 정밀유리구의 제조방법.

(2) 상기 유리소구의 표면은 표면 파상도(surface waviness)가 50㎛ 이하인 (1)에 기재된 제조방법.

(3) 상기 유리소구가, 액상온도에 있어서의 점도가 50dPa·s 이하의 광학유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 제조방법.

(4) 상기 유리소구가, 불인산염 유리, 인산염 유리, 또는 붕산염 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 제조방법.

(5) 상기 유리소구가, 액상온도가 900℃ 이상의 광학유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 (1)∼(4) 중의 어느 하나에 기재된 제조방법.

(6) 상기 유리소구가, 굴절률 nd가 1.7 이상, 또는 분산 νd가 60 이상의 광학유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 제조방법.

(7) 상기 광학적 불균일층이, 맥리 또는 기포를 포함하는 층인 것을 특징으로 하는 (1)∼(6) 중의 어느 하나에 기재된 제조방법.

(8) 상기 광학적 불균일층의 제거는, 상기 유리소구의 표면으로부터 5∼500 ㎛의 깊이 범위의 유리를 제거하는 것으로 실시되는 것을 특징으로 하는 (1)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 제조방법.

(9) 상기 광학적 불균일층의 제거는, 연마가공인 것을 특징으로 하는 (1)∼(8) 중의 어느 하나에 기재된 제조방법.

(10) 얻고자 하는 광학소자 형상을 기초로 정밀형상가공을 실시한 프레스 성형용 성형형판을 이용하며, 가열하여 연화시킨 유리소재를 프레스 성형하는 것을 포함하는 유리광학소자의 제조방법에 있어서, 상기 유리소재로서 (1)∼(9) 중 어느 하하에 기재된 방법으로 제조된 정밀유리구를 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 제조방법.

발명을 실시하기 위한 바람직한 실시형태

본 발명의 정밀유리구의 제조방법은, 용융유리를 적하시키고, 적하시킨 용융유리 덩어리를 받이형판 위에서 성형하는 것으로 유리소구를 형성하는 공정, 및 상기 유리소구의 표면 상의 광학적 불균일층을 제거하여 광학적 불균일층이 없는 유리구(정밀 유리구)를 얻는 공정을 포함한다.

본 발명에 있어서는, 우선, 용융유리를 적하시키고, 적하시킨 용융유리 덩어리를 받이형판 위에서 성형하는 것으로 유리소구를 얻는다. 용융유리는 유리원료를 용융하고, 청징(淸澄), 균질화한 것을 직접 이용해도 좋고, 또는 유리원료를 용융하고, 청징, 균질화한 후, 광학 항수를 관리한 컬릿(cullet)을 형성한 후에 이 컬릿을 용융해도 좋다.

용융유리의 적하는, 용융유리를 유출 파이프로부터 적화시키는 것에 의해 실 시하는 것이 바람직하고, 적하시키는 용융유리는 소정 단위로 분리하고, 유리 덩어리로서 받이형판에 의해 받아들여진다. 적하는 이하의 상태를 포함한다. 즉, 유리 덩어리로의 분리를, 예를 들면, 유리 방울로서 받이형판 위에 자연낙화 시키는 것, 또는 유리 유출물을 받이형판 위에 흐르게 하고 나서 표면장력에 의해, 또는 표면장력과 중력, 또는 받이형판의 하강에 의해, 또는 절단수단에 의해 분리시키는 것에 의해 실시할 수 있다.

유리 덩어리를 유리소구로 하는 성형은, 받이형판 위에서, 받이형판으로부터 분출하는 기체에 의해, 상시 또는 일시적으로 부상시키면서 실시되는 것이 바람직하다. 유리 덩어리의 기체에 의한 부상상태는, 받이형판 표면과의 접촉을 완전히 배제하는 것이 아닌, 분출하는 기체에 의해 지지되면서 받이형판 표면과의 순간적 접촉을 반복하는 상태를 포함한다. 이와 같은 방법으로 성형된 유리소구는 표면 절곡을 갖는 경우라도, 50㎛ 이하의 표면 파상도를 갖는다.

유리 덩어리를 유리소구로 성형하기 위해서는, 예를 들면, 도 1 또는 도 2(a)∼(d)에 나타나는 것과 같은 장치를 이용할 수 있다.

도 1의 장치에서는, 용융유리(2)를 백색 등의 유출 파이프(1)로부터 자연 적화시키고, 또는 절단 칼로 절단하는 것에 의해 낙하시키고, 용융유리 덩어리(3)를 받이형판(4)의 오목부(5)로 받는다. 유출 파이프(1)는 주위에 설치된 히터(6)에 의해 적절하게 온도 제어될 수 있다. 용융유리 덩어리(3)를 받이형판(4)의 오목부(5)로 받을 때에는, 오목부(5)에 설치된 세공(細孔)(7)으로부터 기체를 내뿜고, 용융유리 덩어리(3)가 부상상태에서 오목부(5)와의 사이에 기체 층을 형성시킨다. 이와 같이 하여, 용융유리 덩어리(3)의 표면이 연화점 이하의 온도에 이를 때까지, 용융유리 덩어리(3)와 오목부(5)가 실질적으로 비접촉 상태로서 유지된다.

도 2의 장치에서는, 유출 파이프(11)로부터 낙하하는 용융유리(2)를 받이형판(3)의 받이부에 의해 받고, 그 후, 유리 덩어리(13)는 받이형판(14)의 오목부(15)에 수용된다. 이 때, 오목부(15)에는 기체를 분출하는 세공(17)이 설치되어 있고, 기체 A에 의해 수용된 유리 덩어리(13)가 부상하며, 오목부(15)의 내면과 실질적으로 비접촉의 상태에서 유리 표면이 연화점 이하로 될 때까지 유지되어, 성형된다.

상기 중 어느 장치의 경우라도, 상기 받이형판의 오목부는 테이퍼 형상으로, 그 테이퍼 각도는, 적하 유리 덩어리의 양과 유리의 점성에 의해 최적의 범위로 설정할 수 있다. 테이퍼 각도는 대략 5∼40°의 범위가 적당하다. 테이퍼의 내면은 유리소구의 표면을 평활면으로 하기 위해서, 경면 마무리 가공하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 공정에서는 유리가 부착이나 융착되지 않은 표면성 형상이라면, 꼭 경면이지 않아도 좋다. 분출기체의 종류는 공기여도 되지만 유리 덩어리 표면과 반응하지 않는 기체가 바람직하고, 예를 들면, 질소나 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스 및 이들의 혼합 가스 등을 이용하여도 된다.

유출 파이프의 노즐 내경은 0.2∼10㎜일 수 있고, 유출 파이프의 온도는 적절히 관리되고, 유출 파이프로부터의 체적 정밀도 높게, 일정의 유량으로 유리가 적하되도록 점도의 조절을 실시한다. 적하 시의 유리 점도는 1∼80dPa·s인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼50dPa·s이다. 성형하는 유리소구는 지름이 1∼ 10㎜ 정도의 것을 제작할 수 있다. 특히, 소경(1mm∼5mm)의 경우에는, 노즐 내경을 0.2∼3mm로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 유출 파이프로부터 순차, 연속적으로 유리 방울을 적하시키는 것이 바람직하고, 이를 받는 받이형판은 복수개로, 각각 순차적으로 적하 위치에 배치하고, 유리를 받은 후에 유출 파이브 아래로부터 퇴거시켜, 기체에 의해 유리 덩어리를 부상상태에서 성형할 수 있다.

적하시키는 유리 양의 제어방법은, 용융유리의 유출파이프 온도를 제어하는 등의 공지의 방법으로 실시된다. 또한, 적하시키는 유리 양은, 광학소자의 프레스 성형을 실시하는 때의 원하는 프리폼 양(정밀유리구의 치수)보다 소정 분량만큼 증가시킨 양으로 한다. 즉, 유리소구는, 다음의 공정에서, 광학적 분균일층이 제거되기 때문에, 정밀유리구보다 적어도 광학적 분균일층의 제거 분량만큼 크게 제작하는 것이 적당히다. 예를 들면, 적하시키는 유리형상이 구인 경우, 적하, 성형한 유기소구의 치수는, 원하는 정밀유리구 반경에 대해, 5∼500㎛ 정도 큰 반경이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 유리 덩어리를 연속적으로 적하시켜, 다수개의 유리소구를 연속적으로 성형하는 경우, 유리 소구의 치수의 분균일 정도는, 상기한 유기소구의 목표반경에 대해, 치수정밀도로서, ±5% 이내로 하는 것이 적절하다.

유리소구는, 구 형상 또는 한쪽이 평평한 편평구(扁平球) 형상으로 성형된 것일 수 있다. 즉, 구 연마공정에서, 전동연마방식으로 가공할 수 있는 정도의 진구도 또는 형상 정밀도인 것이 바람직하다. 또한, 편평구 형상과 같이 형상에 장단차가 있는 경우에는, 타원률(긴 지름을 a, 짧은 지름을 b로 할 때, 타원률 θ=sin^-1 (a/b)로 정의된다)이 60° 이상인 것이, 연마판 위에서 전동시키는 데에 적절하다는 관점에서 볼 때 바람직하다. 긴 지름과 짧은 지름의 차는 500㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 유리 덩어리의 받이형판 위에서의 부상 상태라는 것은, 전술한 바과 같이 받이형판 표면과의 접촉을 완전히 배제한 것이 아닌, 분출하는 기체에 의해 지지되면서 받이형판 표면과의 순간적 접촉을 반복하는 상태를 포함한다. 이와 같이 하여, 전술한 것과 같이, 표면 파상도가 50㎛ 이내인 유리소구가 얻어진다.

상기 공정를 상기 유리에 적용하여, 유리소구를 성형한 경우는, 표면에 광학적 분균일층이 형성되는 경우가 많고, 성형조건을 엄밀하게 최적화하였다고 하여도 양산과정을 통하여 광학적 분균일층의 생성을 완전하게는 막을 수 없다. 여기서, 광학적 분균일층이라는 것은, 예를 들면, 맥리 또는 기포를 포함하는 층 등, 굴절률, 표면반사율 또는 투과율이 유리 내부와 상이한 층을 가르킨다. 맥리라는 것은, 유리 조성이나 유리 정밀도의 불균일에 의해, 굴절률이 부분적으로 불균일하게 되는 부분을 말한다. 정밀 몰드프레스에 이용하는 유리 소재(예를 들면, 구형상의 유리 프리폼)에 맥리가 있으면, 프레스 성형 후의 광학소자(예를 들면, 렌즈)에, 굴절률, 투과율 또는 반사율이 불균일한 부분이 남겨지고, 광학성능이 열화된다. 따라서, 소재인 유리 소구에는, 광학적 불균일층이 포함되어서는 안된다.

그러나, 발명자들의 검토에 의해, 유리 조성에 따라서는 표면근방에 맥리가 발생하기 쉬운 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 휘발성 성분을 포함하는 광학 유리를 이용한 경우이다. 이와 같은 유리로서는, 불인산염 유리, 붕산염 유리 를 들 수 있다. 불인산염 유리는, 표면근방에 있어서 불소가 불산으로서 휘발하기 때문에, 표면에 내부와는 조성이 상이한 층이 형성되어, 굴절률의 불균일이 발생되기 쉽다. 또한, 유리의 골격 성분으로서는 붕산을 포함하는 경우(예를 들면, 붕산 란탄계 유리 등)에도, 붕산의 휘발로 인해 표면 맥리가 발생되기 쉽다. 또한, 유리 연화점을 내리기 위해서 첨가하는 알칼리 성분(특히 리튬이 유효하다)도 휘발성분이기 때문에, 동일한 문제가 발생되기 쉽다.

또한, 높은 액상온도를 갖는 유리재를 들 수 있다. 예를 들면, 액상온도가 900℃ 이상, 구체적으로는 900∼1200℃의 범위에 있는 유리재이다. 특히, 고굴절률 유리재(예를 들면, 굴절률 nd가 1.7 이상인 유리재)에 있어서는, 고굴절률 성분으로서, Ti, Nb, W, Bi 등의 고굴절률 성분을 다량으로 함유하는 한편, 유리의 안정성에 기여하는 유리 골격성분량이, 다른 유리재보다 상대적으로 적은, 예를 들면, 골격성분(규산, 붕산, 또난 인산)의 합계량이 50wt% 이하의 처방에 의해 제조된 광학 유리, 극단적인 경우 즉, 25% wt% 이하의 경우에 있어서, 이 경향이 현저하게 나타난다. 이와 같은 광학 유리는 액상온도 부근의 고온에서 유출되기 때문에, 받이형판에 적하되어 고정될 때까지의 유리 성분의 휘발량이 많게 되어, 표면 맥리가 발생되기 쉽다.

인산염계의 유리에 있어서는, 적하를 위한 유출 파이프에 이용되는 백금과의 젖음성(wetting affinity)이 높기 때문에, 유출 파이프 선단에 유리가 젖게 되는 현상이 발생한다. 이 때, 유출 파이프 선단부근에 부착되어, 체류되는 유리는 휘발 등에 의해 조성 변화하면서, 새롭게 유출되는 유리 중에 약간 혼입되기 때문에, 적 하되는 유리 표면의 조성을 불균일하게 변동시킨다. 이와 같은 경우에도, 프리폼 표면에 맥리가 형성되기 쉽다.

광학적 불균일층으로서는, 프리폼 표면의 기포도 문제가 된다. 용융상태의 유리의 적하 시의 유리점도가 낮은 경우, 적하시킨 유리 방울이 받이형판에 접촉하는 때의 충격, 또는 분출하는 기류에 의해 운동하는 때의 충격에 의해, 표면에 매우 기포가 발생되기 쉬워진다. 특히, 액상온도에 있어서의 점도가 20dPa·s 이하의 광학유리에 있어서 이 문제가 발생되기 쉽다. 이들 광학유리는, 상기와 동일한 고굴절률 유리재에 있어서, 저점성에서의 적하를 실시하는 경우가 많기 때문에, 고굴절률 유리재에 기포대책을 마련하는 것이 특히 필요하다.

유리소구가 직경 5mm 이하의 소경인 경우에는, 안정하게 프리폼 성형을 할 수 있는 조건범위가 좁은 경향이 있다.

상기와 같은 유리 종(種)을 이용하고, 또는 상기와 같은 조건하에서 적하, 성형한 유리소구는, 그 표면으로부터 500㎛ 이내의 깊이에 광학적 불균일층이 발생되는 경우가 많고, 광학적 불균일층을 없애려고 하면, 형성조건의 최적화에 많은 시간이 요구된다든지, 유출시키는 것의 한계에 가까운 조건이 되어 도중에서 정지되는 등, 제품 수률이 떨어지게 된다. 또한, 유리에 따라서는, 적당한 조건이 전혀 존재하지 않는 것도 있다. 이와 같은 유리소구를 프리폼으로서 이용하여, 렌즈 등의 광학소자를 얻기 위해, 정밀 몰드프레스에 공급하면, 프레스 성형된 광학소자의 표면에 광학적 불균일층이 남게 되고, 이들은 투과파면왜곡의 발생이나 투과률의 저하, 광산란의 증가 등을 일으켜, 광학소자의 광학성능을 저하시킨다.

그러나 이와 같이 적하, 성형된 유리소구는, 표면형상의 불균일(표면 파상도)이 작아, 표면에 형성한 광학적 불균일층을 제거하면, 프레스 성형용 유리 프리폼으로서 이용하여도, 충분한 성능을 갖는 것이다. 즉, 본 발명의 유리 소구는, 표면 파상도가 50㎛ 이하이다. 여기서 말하는 표면 파상도는, JIS B 610 규격에 의한 최대 표면 파상도로서, 예를 들면, 500㎛의 기준 길이를 잘라낸 부분에 대한 값으로 표현한다.

여기서, 본 발명에서는, 유리 소구에 잔존하는 광학적 불균일층을 제거하는 목적으로, 광학 불균일층의 두께 상당의 유리를, 예를 들면, 표면연마에 의해 제거하고, 광학 불균일층이 없는 정밀 유리구를 얻는다. 또한, 정밀 유리구는, 그대로 유리 프리폼으로서 이용할 수 있는 최종 마무리 치수로 가공한다. 또한 유리 소구의 표면은 일정한 두께로 균일하게 제거하는 것으로 실시하는 것이 바람직하다.

연마가공방법에는 특별한 제약이 없다. 그러나 상기 유리소구는 굴러지는데 충분한 구 형상으로 형성되기 때문에, 광학적 불균일층의 제거는, 연마판을 이용한 전동가공에 의해 실시하는 것이 바람직하다. 광학적 불균일층은, 통상, 표면으로부터 500㎛ 이내의 부분에 존재한다. 따라서, 연마가공에 의한 제거양은 500㎛ 이내로 할 수 있다. 또한, 유리소구의 치수는, 이 광학적 불균일층 분량을 제거하는 것으로부터, 프레스 성형시의 원하는 프리폼 지름(최종 마무리 치수)보다, 반경으로 5∼500㎛ 정도 큰 지름으로 성형되는 것이 적당하다.

상기 연마공정은, 예를 들면, 도 3a에 나타난 바와 같이, (1) 조연마(粗硏磨), (2) 정연마(精硏磨)를 (3) 마무리 연마의 3공정으로 할 수 있다. 연마영역은 전술한 것과 같이 5∼500㎛로 하는 것이 적당하다. 또한, 유리소구의 광학적 불균일층이 작은(100㎛ 정도 이하의)경우는, 조연마를 생략하여, 도 3b에 나타난 것과 같이 정연마와 마무리 연마로 하는 것이 바람직하다. 또한 광학적 불균일층 두께가 보다 작은(10㎛ 정도 이하의) 경우는, 조연마, 정연마를 생락하여 도 3c에 나타나는 것과 같이, 마무리 연마만으로 할 수 있다.

연마방법은, 예를 들면, 전동연마방식으로 실시할 수 있다. 전동연마는 회전하는 2개의 연마판에 구체를 끼우고, 구체를 굴리면서 연마하는 방법이다. 연마판으로서는 2개의 평면판으로 끼우는 방식(양평면판 방식, 도 4 참조), 또는, 한쪽의 연마판의 표면에 홈(예를 들면, 도 5에서는 V홈, V홈판 방식)을 설치하고, 홈 내측면과 다른 한쪽의 연마판의 평면부로 끼우고, 홈 내에 소구를 통과시키는 방식(도 5 참조)을 이용할 수 있다. 후자의 경우, 소구는, 평면판과, 홈 내측면의 3부분으로 지지되면서, 홈 내를 전동하는 것으로 연마된다. 이 때문에, 구체는 홈 가운데에서 자전하면서, 그 자전축이 변화되고, 구표면의 볼록부가 주로 연마 제거되고, 또한 연마가 진행되면 일정한 모양으로 연마되게 되어, 서서히, 구체의 치수 정밀도 및 형상 정밀도가 높아진다. 또한, 연마판의 표면에 설치한 홈은, V홈에 한정되지 않고, 홈 내의 2개의 측면에서 소구를 지지할 수 있는 형상의 홈이라면 된다.

본 발명의 광학적 불균일층 제거를 위한 연마공정에 있어서의 유리소구의 조연마에서는, 비교적 연마 속도가 빠른 양평면판 방식을 채용할 수 있으며, 또한 정연마 및 마무리 연마에서는, 치수 정밀도나 형상 정밀도를 높게 할 수 있는 V홈판 방식을 채용하는 것이 좋다.

연마숫돌 알갱이는, 본 발명의 유리소구는 광학유리이기 때문에, 연마속도나 표면품질을 높이는 이상, 산화 알루미늄이나 산화 세륨, 산화 지르코뮴이 바람직하다. 또한, 숫돌 알갱이 지름은, 0.01∼100㎛ 정도의 것을 연마공정에 따라 이용하고, 마무리 연마에서는, 5㎛ 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 표면 거칠기나 스크래치·디그(Scratch·Dig)를 작게 하고 싶은 경우에는, 숫돌 알갱이 지름이 1㎛ 이하인 것을 사용한다. 또한, 숫돌 알갱이로서는, 콜로이달실리카 및 탄화 규소, 다이아몬드 등을 이용할 수도 있다.

연마가공액은, 이들의 숫돌 알갱이를 물 또는 알칼리 수용액과 혼합하고, 현탁하여, 슬러리 형상으로 한 것을 이용할 수 있다. 가공액은, 연마판 위로 적하 또는 분무에 의해 적절히 공급할 수 있다.

연마조건은, 구체 1개 당의 연마하중 5∼20gf/개의 범위로 하고, 연마판의 회전수를 100∼300rpm의 범위로 할 수 있다. 이들 조건은, 연마하는 유리소구의 수량과 치수, 유리조성에 따라, 적절하게 조정을 실시할 수 있다.

연마속도(제거속도)는, 예를 들면, 1∼200㎛/hr 정도로 할 수 있다. 평면판 방식은, 홈연마판 방식에 비해, 연마속도가 크기 때문에 조가공에 적합하다. 홈연마판 방식에서는, 연마속도를 10㎛/hr 이내로 작게 할 수 있기 때문에, 연마시간에 따라 연마량(치수가공)을 정밀하게 제어할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 홈연마판 방식에서는, 구의 형상 정밀도(표면 파상도, 구의 윤곽도(진구도))를 고정밀도로 가공할 수 있기 때문에, 마무리 연마에 적합하다.

따라서, 홈연마판 방식을 용융적하 성형유리소구의 연마가공에 이용하는 것 에 의해, 구체의 표면에 존재하는 광학적 불균일층을 최소한의 연마영역(연마제거량)으로, 확실하게 제거할 수 있다.

이와 같은 연마가공에 의해, 표면의 광학적 불균일층(대략 5∼500㎛ 두께)에 상당하는 부분을 제거한다. 보다 바람직하게는, 10∼100㎛을 연마영역으로 하는 것이 바람직하다. 연마가공에 의해 얻은 정밀유리구는, 정밀 몰드프레스에 제공하는 유리 프리폼으로서 사용할 수 있다.

정밀유리구의 최종 마무리 치수는, 정밀 몰드프레스에 의해 얻고자 하는 광학소자의 체적을 기초로하여 결정할 수 있다. 구체적으로는, 얻고자 하는 광학소자의 체적에, 센터링가공 등에 의해, 프레스 성형 후에 제거하는 체적분을 더하여, 정밀 몰드프레스에 제공하는 유리폼의 체적을 구할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 나타난 바와 같이, 유리소구의 치수는 최종연마치수(최종 마무리 치수)와 광학적 불균일층을 포함하는 두께의 합계로 한다.

본 발명에서는 선행기술에서 요구되는 유리의 절단공정 등은 필요하지 않는다. 따라서, 절단공정이나 슬라이싱에 의해 발생하는 유리의 잠상(潛傷), 균열 등이 없기 때문에, 연마영역을 크게 할 필요가 없다. 광학적으로 충분한 평활성을 가진 유리소구의 표면으로부터, 광학적 불균일층을 포함하는 두께에 상당하는 부분을 연마에 의해 제거한다. 이에 의하면, 연마공정이 현저하게 효과적으로 발휘될 뿐만 아니라, 연마에 의해 발생하는 유리 가루의 양은 소량이 된다.

본 발명을 적용할 수 있는 유리조성에 특별한 제약은 없지만, 상술의 광학적 불균일층을 발생시키기 쉬운 유리재에서는 본 발명의 효과가 현저하게 나타난다. 구체적으로는, 굴절률 nd가 1.7∼2.2인 광학유리 또는 분산 νd 60∼95인 광학유리를 그 예로 들 수 있다. 또한, 유리조성으로서 상술한 것을 들 수 있으며, 또한 액상온도범위가 상술한 것에 있어서 본 발명의 효과가 높게 나타난다. 예를 들면, 액상온도에 있어서의 유리 점도가 50 dPa·s 이하인 유리, 특히 20 dPa·s 이하인 것과 같은 유리에 있어서 본 발명은 유효하다.

여기서, 액상온도라는 것은, 고체의 유리를 소정범위의 속도로 승온시키고, 각 온도로 유지한 경우, 액정이 석출되지 않는 최저의 유지온도를 의미한다. 소정의 속도라는 것은 예를 들면, 1∼50℃/분이다.

본 발명은, 유리광학소자의 제조방법을 포함한다. 이 제조방법은 얻고자 하는 광학소자형상을 기초로하여 정밀형상가공을 실시한 프레스 성형용 성형형판을 이용하여, 가열하여 연화시킨 유리소재를 프레스 성형하는 것을 포함하며, 상기 유리소재로서는 상기 본 발명의 제조방법으로 얻어진 정밀유리구를 이용하는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명에 의한 정밀유리구를 정밀 몰드프레스용의 유리프리폼으로 이용하여, 프레스 성형에 의해 광학소자를 얻는 공정에 대해서 설명한다.

성형형판은 모재로서 예를 들면 탄화규소, 질화규소 등의 세라믹, 또는 초경합금 등, 내열성 및 충분한 경도를 갖는 치밀한 소재를 원하는 광학소자의 면 형상에 기초로 하여, 정밀가공하여, 경면으로 한 것일 수 있다. 성형 면에는, 이형성을 갖는 막을 형성시키는 것이 바람직하다. 이형막으로서는, 탄소를 주성분으로 하는 것, 귀금속을 주성분으로 하는 것, 등을 이용할 수 있다.

예를 들면, 성형에 적합한 점도로 가열연화한 유리 프리폼을, 상하의 성형형 판 사이에서, 적절한 하중을 가하여 프레스 성형하고, 성형면을 전사한다. 성형면과의 밀착을 유지한 채, 전이점 근방, 바람직하게는 전이점 이하까지 소정의 냉각속도로 냉각하고, 이형하여 프레스 성형품을 꺼낸다. 이 때, 성형소재를 상하의 성형형판 사이에 배치하고 나서, 성형형판과 함께 승온, 가열(예를 들면, 유리점도로 10⁸∼10¹² dPa·s 상당의 온도로)하여도 좋고, 또는 성형형판의 밖에서 가열(예를 들면, 유리점도로 10⁶∼10⁹ dPa·s 상당의 온도로)한 프리폼을 가열한 성형형판 사이에 공급하여, 프레스 성형하여도 좋다. 후자의 경우는, 성형형판의 밖에서 가열한 성형소재를 그보다 낮은 온도로 가열(예를 들면, 유리점도로 10⁸∼10¹² dPa·s 상당의 온도로)한 성형형판 사이에 공급하고, 후에 상하 성형형판을 접촉시켜, 하중을 가하여 프레스 성형시킬 수 있다.

하중을 유치한 채, 또는 하중을 줄인 상태에서, 성형된 광학소자와 성형형판의 밀착을 유지하고, 유리의 점도로 10¹² 포와즈 상당의 온도 이하로 될 때까지 냉각한 후, 상하 성형형판을 이간하여 이형한다. 이형은 10^12.5∼10^13.5 포와즈 상당의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명을 적용하여 성형하는 광학소자의 형상에는 특별한 제약은 없다. 다만, 양볼록렌즈, 양메니스커스렌즈의 경우에는, 특히 구 프리폼을 이용하는 것이 유리하기 때문에, 본 발명의 효과가 높게 나타난다. 또한 본 발명에 의해 얻어지는 정밀유리구를 광통신용 볼렌즈, 로드렌즈, 광픽업용 반구렌즈 등에 적용하여도 된다는 것은 다시 말할 필요도 없을 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다.

실시예 1

붕산란탄계(B₂O₃-La₂O₅계) 유리A(유리성분으로서 B₂O ₃를 21wt%, La₂O₃를 35wt% 함유, 굴절률 nd 1.80, νd 40)을 이용하여, 정밀 몰드프레스용 프리폼이 되는 정밀유리구를 제작하였다. 우선, 상기 유리의 원료를 용융, 유리화한 후에, 청징(淸澄), 균질화하여 고정시키고, 굴절률을 정밀하게 관리한 파유리(cullet)재를 제작하였다. 이것을 적량, 유리용융조에서 재차 용유하고, 유출시키고, 적하, 성형하였다.

유리소구의 제작에는, 도 1에 나타내는 장치를 이용하였다.

적하, 성형된 유리소구를 냉각한 후에 조사한 결과, 표면으로부터 90㎛의 범위 내에서 맥리가 확인되었다. 붕산란탄계이기 때문에, 적하성형을 실시했을 때, 유리표면으로부터의 휘발이 현저하였기 때문인 것으로 추측된다. 표면맥리를 억제할 수 있는 성형조건에서, 계속적으로 안정하게 성형하는 것은 용이하지 않았다. 또한, 유리소구의 표면 파상도는 10∼20㎛이었다. 적하성형하는 유리소구의 치수를, 최종 마무리 치수 ø2.700mm보다, 직경으로 0.300mm정도 큰 치수인 ø3mm가 되도록 적하시키는 유리의 양을 조정하였다.

다음으로, 적하성형한 유리소구의 표면맥리를 연마제거하는 공정을 실시하였 다. 본 실시예의 연마가공은, (1) 조연마, (2) 정연마, (3) 홈연마판 방식(본 실시예에서는 V홈 연마판 방식)에 의한 마무리 연마의 3 공정을 실시하였다.

우선, 조연마는, 도 4에 나타나는 평면연마판 방식으로 실시하였다. 직경 ø3mm의 유리소구를 2개의 평면연마판으로 끼워 연마장치를 셋팅하였다. 연마액은, 탄화규소(#400번, 입경 75㎛ 정도)를 물에 혼합한 것을 이용하였다. 조연마에서는, 표면맥리를 제거하는 것을 목적으로 하였다. 연마속도는 연마판 회전수나 연마하중을 조정하여, 100㎛/hr로 하였다. 연마제거량은 구반경 당 0.1mm가 되도록 연마시간을 제어하였다. 그 결과, 유리소구 치수(직경)는, 조연마 전에 ø3.0mm이었던 것이, 연마후에는 평균 ø2.8mm로 되었다.

이어서, 도 5에 나타나는 V홈판 방식으로 정연마공정을 실시하였다. 직경 ø2.8mm의 유리소구를 하판의 V홈에 셋팅하고, 평면연마판을 상판으로 얹어 놓는다. 즉, 유리소구를 양판에 끼워 연마장치를 셋팅하였다. 연마액으로서는 산화알루미늄(#2000번, 입경 19㎛ 정도)을 물에 혼합한 것을 이용하였다. 연마속도는, 연마판 회전수나 연마하중을 조정하여 30㎛/hr이 되도록 하였다. 정연마에서는 연마 후의 치수가 ø2.710mm로, 최종 마무리 치수보다 0.01mm 정도 크게 되도록 하였다. 따라서, 연마제거량은, 구반경 당 0.045mm로 되도록 연마시간을 제어하였다. 그 결과, 유리소구 치수(직경)는 연마전에 ø3.0mm이었던 것이 연마후에는 ø2.710mm로 되었다.

또한, 마무리 연마 공정을 실시하였다. 연마액으로서는 산화세륨(입경 0.5∼1.0㎛ 정도)을 물에 혼합하고, 이것을 V홈에 부었다. 연마속도는 연마판 회전수나 연마하중을 조정하여 5㎛/hr로 되도록 설정하였다. 마무리 연마에서는 연마 후의 치수를, 최종 마무리 치수 ø2.700mm±0.001mm 이내의 범위가 되도록 할 필요가 있다. 따라서, 연마제거량이 구반경 당 0.005mm로 되도록 연마시간을 제어하였다. 연마시간을 정밀하게 제어한 결과, 유리소구의 치수(직경)은 정연마 전에 ø2.710mm이었던 것이, 연마 후에는 최대 ø2.7002mm, 최소 ø2.7000mm, 평균 ø2.7001mm로, 목적하는 최종마무리 치수에 대해, 가공오차 ±0.0005mm 이내의 고정밀의 구 프리폼을 얻을 수 있었다.

이와 같이 하여 얻은 프리폼을 정밀 몰드프레스에 이용하여, 광픽업용 대물렌즈(청색 레이저 광픽업용 고NA 대물렌즈)를 성형하였다.

(성형렌즈의 설계와 형태)

또한, 본 실시예에서 설계한 렌즈는 볼록메니스커스렌즈로서, 설계파장 λ405nm, NA 0.85, 초점거리 1.77mm, 작동거리 0.6mm, 렌즈외경 ø3.7mm, 유효지름 ø3.0mm, 렌즈 중심두께 2.0mm, 제1면의 곡률반경 1.35mm, 제2면의 곡률반경 6.43mm의 양비구면 형상을 갖는 무한계 싱글렌즈이다.

또한, 렌즈의 외관품질로서는, 렌즈표면의 굴절률 분균일성(유리의 표면맥리)에 기인하는 성능의 저하, 예를 들면, 투과파면왜곡이나 렌즈반사광량의 분균일성 또는 국부적 증대 등, 광픽업의 집광성능을 저하시키는 요인에 대해, 매우 고품질로 설정된다. 실제, 렌즈표면의 맥리는 가시광으로 확대검사한 경우, 관찰되지 않도록 한다.

또한, 렌즈설계에 있어서, 렌즈성능 및 정밀유리 성형성을 고려하여 가장 적 합하게 설계하였는데, 설계파장이 405nm으로 작고, 또한 NA가 0.85로 높기 때문에, 렌즈 치수 및 형상 정밀도의 허용오차가 매우 엄격한 설계가 된다. 실제, 파면수차 0.04λrms 이내로 하기 위해서는, 적어도 구면수차을 0.01∼0.02λrms 정도 이내로 하고, 이를 위해서 렌즈 중심두께 정밀도를 ±1㎛ 이내로 한다.

(프레스 방법, 프레스 조건)

렌즈 제1면을 성형하기 위한 오목형판을 하형판으로, 렌즈 제2면을 성형하는 오목형판을 상형판으로 배치하였다. 다음으로, 하형판 오목면 위에, 프리폼을 셋팅한 상태에서, 형판을 가열시키고, 프레스 온도에 도달한 시점에서 프레스 하중을 가하고, 형판 면의 형상을 전사성형하였다. 유리는 충분하게 펼쳐지게 되어 형판 성형면에 밀착되고, 형판 내의 체적에 대해 소정의 유리충진을 실시한 후, 형판을 유리전이점 부근 이하로 될 때까지 냉각시킨다. 마지막으로 성형한 렌즈를 이형하여, 형판으로부터 꺼낸다.

프레스 조건은, 이용한 유리의 열적특성과 점성특성(유리 굴복점 Ts 600℃와 유리전이점 Ts 560℃ 등), 및, 목적하는 렌즈 치수 및 형상을 얻기 위해서, 정확하고 고정밀도의 전사 성형면이 되도록, 하기의 프레스 조건을 설정하였다.

프레스 온도 650℃

프레스 압력 180∼200kgf/㎠

프레스 하중 100∼150kgf

이형온도 520℃

(프레스 결과)

프레스 성형에 이용한 프리폼은, 정밀연마에 의해 맥리를 완전하게 제거한 것이기 때문에, 육안으로 검사했을 때, 성형한 렌즈의 표면에는 표면맥리나 거품 등의 유리표면의 굴절률 불균일층으로 기인하는 불량이 전혀 확인되지 않았다.

또한 성형형판에 투입되는 프리폼의 지름 치수가 고정밀도이고, 프리폼의 체적변동이 매우 작기 때문에, 유리 충진부족에 의한 성형면의 형상 불량이나 과충진에 의해 형판으로부터 유리가 비어져 나오는 등의 제품불량, 형파손 등의 제조상의 문제도 발생하지 않았다.

또한, 성형한 렌즈는, 1000개 연속성형에 있어서, 파면수차값이 최소 0.021λrms, 최대 0.035λrms, 평균 0.028λrms로, 제조허용오차가 특히 엄격한 고 NA렌즈라 하여도, 안정된 성능의 것을 얻을 수 있었다.

본 발명에서는, 원하는 정밀유리구의 치수보다 약간 큰 유리소구를, 용융유리를 적하시키는 것에 의해 형성하고, 표면에 생긴 광학적 불균일층을 연마에 의해 제거하는 것에 의해 정밀유리구를 제작한다. 용융적하에 의해 얻어진 용융유리 덩어리를 받이형판 위에서 성형하는 것으로, 대략 충분한 표면 평활성을 갖는 유리소구를 형성할 수 있고, 정밀 몰드프레스용의 유리소재로서의 형상 정밀도도 그 변동이 공차 내에 있고, 치수만이 최종 마무리 치수보다 약간 큰 것을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 연마가공은, 광학적 불균일층에 상당하는 분량을 표면으로부터 제거하는 정도면 되고, 연마 영역이 작기 때문에, 작업효율, 배 유리 슬러리의 소량화의 점 그리고 대환경성의 점에서 유리하다. 또한, 정밀 몰드프레스에 공급하는 유리소재의 생산과정에서, 열간성형에 의한 유리소구에 광학적 불균일층이 생기는 것을 양산의 과정을 통하여 배제시키는 것은 유리재에 따라서는 곤란하지만, 본 발명에 의하면, 광학적 불균일층이 없는 유리소재를 정밀 몰드프레스에 공급할 수 있기 때문에, 양산 상의 의의가 크다.

Claims

용융유리를 적하시키고, 적하시킨 용융유리 덩어리를 받이형판 위에서 성형하는 것에 의해 유리소구를 형성시키는 공정, 및

상기 유리소구의 표면상의 광학적 불균일층을 제거하여 광학적 불균일층이 없는 유리구(정밀유리구)를 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀유리구의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 유리소구의 표면은 표면 파상도(surface waviness)가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리소구가, 액상온도에 있어서의 점도가 50dPa·s 이하의 광학유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리소구가, 불인산염 유리, 인산염 유리, 또는 붕산염 유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리소구가, 액상온도가 900℃ 이상의 광학유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리소구가, 굴절률 nd가 1.7 이상, 또는 분산 νd가 60 이상의 광학유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 불균일층이, 맥리 또는 기포를 포함하는 층인 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 불균일층의 제거는, 상기 유리소구의 표면으로부터 5∼500㎛의 깊이 범위의 유리를 제거하는 것으로 실시되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 불균일층의 제거는, 연마가공인 것을 특징으로 하는 제조방법.
얻고자 하는 광학소자 형상을 기초로 정밀형상가공을 실시한 프레스 성형용 성형형판을 이용하며, 가열시켜 연화한 유리소재를 프레스 성형하는 것을 포함하는 유리광학소자의 제조방법에 있어서, 상기 유리소재로서 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 정밀유리구를 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 제조방법.