KR20080029898A

KR20080029898A - 렌즈 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20080029898A
Application number: KR1020070098051A
Authority: KR
Inventors: 크스엘루 쪼우
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-04-03
Also published as: JP2008083518A; US7974020B2; CN101153918A; US20080084613A1; KR101392633B1; CN101153918B; JP4471961B2

Abstract

본 발명은 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈로서, 광학 기능면을 가짐과 동시에, 이 광학 기능면에 손상을 주지 않도록, 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하고 광축 방향의 방향 결정을 하기 위한 위치 결정 기준면을 가지고, 상기 광학 기능면 및 위치 결정 기준면 모두가 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인 렌즈에 관한 것이다.

플루오로포스페이트 유리, 광학 기능면, 위치 결정 기준면, 렌즈

Description

렌즈 및 그의 제조 방법 {Lens and Process for the Production thereof}

본 발명은 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 말하면, 본 발명은 정밀 프레스 성형에 의해 프레스 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된, 광학 기능면 및 위치 결정 기준면을 갖는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈, 및 예비성형체의 정밀 프레스 성형에 의해 상기 렌즈를 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

저분산 유리는 색 수차 보정용 광학계를 구성하는 렌즈 등에 사용되고 있다. 저분산 유리의 대표적인 것은 JP-A-6-191876에 기재된 것과 같은 플루오로포스페이트 유리이다.

플루오로포스페이트 유리제의 렌즈는 상기한 바와 같이 이용 가치가 높은 것이지만, 렌즈의 광학 기능면을 비구면화함으로써 보다 조밀한 광학계를 실현할 수 있다. 이러한 비구면 렌즈의 제조에는 정밀 프레스 성형법이 적합하다.

정밀 프레스 성형법은 비구면 렌즈에 한정되지 않고, 연마에 의해서 광학 기능면을 마무리하는 연마법에서는 제조가 곤란한 렌즈를 우수한 생산성하에 양산 가능한 방법이다.

그런데, 정밀 프레스 성형법으로 렌즈를 제조하는 경우, 렌즈의 외형과 광학 기능면을 정밀 프레스 성형으로 형성하고, 광학 기능면의 주변부는 연삭(cutting and grinding)하여 렌즈를 마무리하는 방법이 사용되고 있다. 이 주변부의 연삭 가공은 심취 가공(centering and edging process)이라 불리고, 라운드 엣지(round edge)라 불리는 부분이 렌즈의 광축에 평행해지도록 렌즈를 마무리하는 가공이다.

심취 가공시에는, 광학 기능면을 고정구로 유지하여 라운드 엣지를 연삭한다. 하지만 그 때 정밀 프레스 성형 가능한 플루오로포스페이트 유리제의 렌즈에서는, 유리의 경도가 낮기 때문에 심취 가공시 이의 광학 기능면에 흠집이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제를 해결하고, 광학 기능면을 가짐과 동시에, 이 광학 기능면에 손상을 주지 않도록, 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하기 위한 위치 결정 기준면을 갖는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 연구를 계속하였다. 그 결과, 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인 광학 기능면 및 위치 결정 기준면을 갖는 렌즈가 그의 목적에 적합하며, 또한 이 렌즈는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 예비성형체를 가열시켜 연화하고 주형을 이용하여 정밀 프레스 성형함으로써 제조할 수 있는 것을 발견하였다. 이에 따라 이러한 발견에 기초하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은

(1) 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈로서, 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하고 광축 방향의 방향 결정을 하기 위한 위치 결정 기준면을 가지고, 상기 광학 기능면 및 위치 결정 기준면 모두가 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인 것을 특징으로 하는 렌즈,

(2) 전체 표면이 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면으로 이루어지거나, 또는 상기 전사면과 자유 표면으로 이루어지는 상기 (1)에 기재된 렌즈,

(3) 플루오로포스페이트 유리가 양이온 성분으로서 1 양이온％ 이상의 Li⁺를 포함하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 렌즈,

(4) 플루오로포스페이트 유리의 유리 전이 온도가 500 ℃ 이하인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 렌즈,

(5) 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 예비성형체를 가열시켜 연화하고 주형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈의 제조 방법으로서, 상기 주형의 성형면의 형상을 전사하여 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하기 위한 위치 결정 기준면을 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈의 제조 방법,

(6) 플루오로포스페이트 유리가 양이온 성분으로서 1 양이온％ 이상의 Li⁺를 포함하는 것인 상기 (5)에 기재된 렌즈의 제조 방법,

(7) 플루오로포스페이트 유리의 유리 전이 온도가 500 ℃ 이하인 상기 (5) 또는 (6)에 기재된 렌즈의 제조 방법, 및

(8) 전체 표면이 용융 상태의 유리 표면을 고화하여 형성된 면인 예비성형체를 사용하는 상기 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 렌즈의 제조 방법

을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 광학 기능면을 가짐과 동시에, 이 광학 기능면에 손상을 주지 않도록, 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하기 위한 위치 결정 기준면을 갖는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈, 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 렌즈는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈로서, 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하고 광축 방향의 방향 결정을 하기 위한 위치 결정 기준면을 가지고, 상기 광학 기능면 및 위치 결정 기준면 모두가 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인 것을 특징으로 한다.

여기서 광학 기능면이란, 제어 대상의 광선이 통과할 수 있는 면, 즉, 광선을 굴절시키는 면인 것이다.

플루오로포스페이트 유리는 광학 유리 중에서도 경도가 작은 부류에 속한다. 또한, 정밀 프레스 성형에 적합한 유리는 유리 전이 온도가 비교적 낮아야만 한다. 플루오로포스페이트 유리는 정밀 프레스 성형시에 유리 표면에서 주형 성형면과의 반응이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 정밀 프레스 성형시의 온도가 높으면 상기 반응에 의해 광학 기능면에 기포가 생기고, 렌즈의 생산 수율이 저하되기 쉽다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 유리 전이 온도를 낮추는 몇몇 수단을 사용한다. 하지만, 그렇게 하면 유리의 경도가 보다 저하되어 심취 가공시의 광학 기능면의 고정에 의해 광학 기능면에 손상(흠집)이 생기기 쉬워진다. 정밀 프레스 성형시의 기포의 발생을 방지하더라도, 심취 가공시에 광학 기능면에 손상이 생기면 렌즈의 기능을 손상시키는 것이 된다.

한편, 정밀 프레스 성형 가능하며 유리 전이 온도가 낮은 플루오로포스페이트 유리는 정밀 프레스 성형 가능한 온도 범위가 비교적 넓다 (프레스 성형 온도를 다소 높여 설정하더라도 기포가 발생되지 않음). 따라서, 유리의 점성을 보다 낮은 수준으로 설정하여, 정밀 프레스 성형에 의해서 주형 내의 공간에 유리를 충분히 압착시켜 퍼지게 할 수 있다. 그 때문에, 광학 기능면뿐만 아니라 광학 기능면 주위에 존재하는 비광학 기능면도 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 정밀하게 형성될 수 있다. 본 발명에 있어서는 이러한 비광학 기능면을 위치 결정 기준면에 이용한다.

상기 위치 결정 기준면은 광학계를 구성하기 위해 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정할 때 사용되는 기준면이다. 예를 들면, 복수개의 렌즈의 광축을 일직선 상에 배열하는 경우, 각 렌즈의 위치 결정 기준면을 고정구에 접촉시켜 렌즈를 고정시킬 수 있다. 위치 결정 기준면으로서, 고정구에서의 광축 방향의 렌즈의 위치를 정하기 위한 위치 결정 기준면과 광축에 대하여 수직 방향의 위치를 정하기 위한 위치 결정 기준면을 갖는 렌즈가 바람직하다. 이러한 렌즈를 이용하면 렌즈끼리의 간격이 정확한 거리가 되도록 렌즈를 고정구에 고정할 수도 있고, 앞서 서술한 각 렌즈의 광축이 일직선 상이 되도록 렌즈를 배열 및 고정할 수도 있다.

본 발명의 렌즈의 장점으로는, 광학 기능면에 흠집이 생길 우려가 없는 것, 광학 기능면 및 위치 결정 기준면을 한번의 정밀 프레스 성형으로 형성하는 것이 가능한 것, 그 때문에 렌즈의 광축과 위치 결정 기준면의 위치 및 각도를 정확하게 설정하는 것이 가능해지는 것 등을 들 수 있다.

또한, 상기 렌즈로서는, 전체 표면이 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면으로 이루어지거나, 또는 전사면과 자유 표면으로 이루어지는 렌즈가 바람직하다. 전체 표면이 전사면과 자유 표면으로 이루어지는 렌즈에서는, 전사면끼리 교차하는 엣지나, 엣지끼리 교차하는 각부(corner portion)가 자유 표면인 것이 바람직하다. 이러한 구성은, 렌즈를 고정구에 고정시킬 때, 렌즈의 이지러짐을 방지하거나, 렌즈의 엣지나 각부가 고정구에 흠집을 내는 것에 의해 생기는 분진의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 상기 렌즈는 연삭면이 존재하지 않기 때문에, 즉, 연삭 흠집이 존재하 지 않기 때문에, 기계적 강도가 높다고 하는 장점도 있다.

[플루오로포스페이트 유리]

본 발명의 렌즈를 구성하는 플루오로포스페이트 유리로서는, 양이온 성분으로서 Li⁺를 포함하는 것이나, 유리 전이 온도가 500 ℃ 이하인 것을 들 수 있다.

플루오로포스페이트 유리 중의 Li⁺ 성분의 함유량은 1 양이온％ 이상인 것이 유리 전이 온도를 낮추기 때문에 바람직하다.

하기에서는, 상기 유리의 구체적인 예에 대하여 설명한다.

<광학 유리 I>

제1 양태 (이하, "광학 유리 I"이라 함)로서는, 필수적인 성분으로서 P⁵ ⁺및 Al³⁺와, Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺로부터 선택되는 2종 이상의 2가 양이온 성분(R² ⁺)과, Li⁺를 포함하고, 양이온％ 표시로써, P⁵ ⁺ 10 내지 45 ％, Al³ ⁺ 5 내지 30 ％, Mg² ⁺ 0 내지 20 ％, Ca² ⁺ 0 내지 25 ％, Sr² ⁺ 0 내지 30 ％, Ba² ⁺ 0 내지 33 ％, Li⁺ 1 내지 30 ％, Na⁺ 0 내지 10 ％, K⁺ 0 내지 10 ％, Y³ ⁺ 0 내지 5 ％, B³⁺ 0 내지 15 ％를 함유함과 동시에, F^-와 O² ^-의 합계량에 대한 F^-의 함유량의 몰비 F^-/(F^-+O² ^-)가 0.25 내지 0.85이고, 굴절률(nd)이 1.40 내지 1.58이고, 아베수(Abbe's number, υd)가 67 내지 90인 광학 유리를 들 수 있다.

광학 유리 I로서는, 2가 양이온 성분(R² ⁺)으로서 Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺중 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 광학 유리 I은 Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺의 합계량이 1 양이온％ 이상인 것이 바람직하고, Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺의 각각의 함유량이 1 양이온％ 이상인 것이 보다 바람직하다.

이하, 상기 광학 유리 I의 조성에 대하여 상술한다. 각 양이온 성분의 함유량은 몰비를 기준으로 한 양이온％로 표시하고, 각 음이온 성분의 함유량도 몰비를 기준으로 한 음이온％로 표시한다.

광학 유리 I은, F^-와 O² ^-의 합계량에 대한 F^-의 함유량의 몰비 F^-/(F^-+O² ^-)가 바람직하게는 0.50 내지 0.85이며 아베수(υd)가 약 75 내지 90인 광학 유리 Ia와, 몰비 F^-/(F^-+O² ^-)가 바람직하게는 O.25 내지 O.50이며 아베수(υd)가 약 67 내지 75 미만인 광학 유리 Ib로 크게 분류된다. 이들 광학 유리 Ia 및 Ib 중의 각 양이온 성분의 바람직한 함유량 범위는 광학 유리 Ia와 광학 유리 Ib에서 다르다.

P⁵ ⁺는 유리의 네트워크 형성제로서 중요한 양이온 성분이다. 그의 함유량이 10 ％ 미만이면 유리의 안정성이 저하된다. 이것이 45 ％ 초과이면 P⁵ ⁺는 산화물 원료로 도입될 필요가 있기 때문에 산소 함유량이 커져 목표로 하는 유리의 광학 특성을 만족시키지 못한다. 따라서, P⁵ ⁺의 함유량을 10 내지 45 ％로 하는 것이 바 람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우의 P⁵ ⁺의 바람직한 함유량 범위는 10 내지 40 ％, 보다 바람직한 범위는 10 내지 35 ％, 더욱 바람직한 범위는 12 내지 35 ％, 한층 더 바람직한 범위는 20 내지 35 ％, 또한층 더 바람직한 범위는 20 내지 30 ％이다. 또한, 광학 유리 Ib를 얻는 경우의 P⁵ ⁺의 바람직한 함유량 범위는 25 내지 45 ％, 보다 바람직한 범위는 25 내지 40 ％, 더욱 바람직한 범위는 30 내지 40 ％이다. 또한, P⁵ ⁺의 도입에 있어서는, PCl₅를 사용하는 것은, 백금을 침식시키고 또한 휘발도 심하기 때문에 안정한 제조가 방해되어 적당하지 않다. P⁵ ⁺를 포스페이트로서 도입하는 것이 바람직하다.

Al³ ⁺는 플루오로포스페이트 유리의 안정성을 향상시키는 성분이다. 그의 함유량이 5 ％ 미만이면 유리의 안정성이 저하된다. 이것이 30 ％ 초과이면 유리 전이 온도(Tg) 및 액상 온도(LT)가 크게 상승하기 때문에, 성형 온도가 상승되어 성형시의 표면 휘발에 의한 맥리(stria)가 강하게 발생한다. 이에 따라 균질한 유리 성형체, 특히 프레스 성형용 예비성형체가 생성될 수 없게 된다. 따라서, Al³ ⁺의 함유량을 5 내지 30 ％로 제한하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우, Al³ ⁺의 바람직한 함유량 범위를 7 내지 30 ％, 보다 바람직한 범위는 8 내지 30 ％, 더욱 바람직한 범위는 10 내지 30 ％, 한층 더 바람직한 범위는 15 내지 25 ％로 한다. 또한, 광학 유리 Ib를 얻는 경우, Al³ ⁺의 바람직한 함유량 범위를 5 내지 20 ％, 보다 바람직하게는 5 내지 12 ％로 한다.

2가 양이온 성분(R² ⁺)인 Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺, Ba² ⁺의 도입은 유리의 안정성의 향상에 기여하며, 이들 중 2종 이상의 성분, 보다 바람직하게는 Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺중 2종 이상의 성분을 도입한다. 2가 양이온 성분(R² ⁺)의 도입 효과를 보다 높이기 위해서, Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺의 합계량을 1 양이온％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 상한값을 초과하여 도입하면 안정성은 급격히 저하된다. Ca² ⁺및 Sr² ⁺는 비교적 다량 도입할 수 있다. Mg² ⁺, Ba² ⁺의 다량 도입은 특히 안정성을 저하시킨다. 그러나 Ba² ⁺는 저분산을 유지하면서 고굴절률을 실현할 수 있는 성분이기 때문에, 안정성을 손상시키지 않는 범위에서 많이 도입하는 것이 바람직하다. 따라서, Mg² ⁺의 함유량은 0 내지 20 ％로 제한하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우에는, Mg² ⁺의 함유량을 바람직하게는 1 내지 20 ％, 보다 바람직하게는 3 내지 17 ％, 더욱 바람직하게는 3 내지 15 ％, 한층 더 바람직하게는 5 내지 15 ％, 특히 바람직하게는 5 내지 10 ％로 한다. 광학 유리 Ib를 얻는 경우에는, Mg² ⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 15 ％, 보다 바람직하게는 0 내지 12 ％, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 ％로 한다.

또한, Ca² ⁺의 함유량은 0 내지 25 ％로 하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우에는, Ca² ⁺의 함유량을 바람직하게는 1 내지 25 ％, 보다 바람직하게는 3 내지 24 ％, 더욱 바람직하게는 3 내지 20 ％, 한층 더 바람직하게는 5 내지 20 ％, 특히 바람직하게는 5 내지 16 ％로 한다. 광학 유리 Ib를 얻는 경우에는, Ca²⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 15 ％로 하고, 보다 바람직하게는 1 내지 10 ％로 한다.

또한, Sr² ⁺의 함유량은 0 내지 30 ％로 하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우에는, Sr² ⁺의 함유량을 바람직하게는 1 내지 30 ％, 보다 바람직하게는 5 내지 25 ％, 더욱 바람직하게는 7 내지 25 ％, 한층 더 바람직하게는 8 내지 23 ％, 또한층 더 바람직하게는 9 내지 22 ％, 특히 바람직하게는 10 내지 20 ％로 한다. 광학 유리 Ib를 얻는 경우, Sr² ⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 15 ％, 보다 바람직하게는 1 내지 15 ％, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 ％로 한다.

Ba² ⁺의 함유량은 0 내지 33 ％로 하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우, Ba² ⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 30 ％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 ％, 더욱 바람직하게는 1 내지 25 ％, 한층 더 바람직하게는 1 내지 20 ％, 또한층 바람직하게는 3 내지 18 ％, 또한층 더 바람직하게는 5 내지 15 ％, 특히 바 람직하게는 8 내지 15 ％로 한다. 광학 유리 Ib를 얻는 경우, Ba² ⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 30 ％, 보다 바람직하게는 10 내지 30 ％, 더욱 바람직하게는 15 내지 30 ％, 한층 더 바람직하게는 15 내지 25 ％로 한다.

Li⁺는 안정성을 손상시키지 않고 유리 전이 온도(Tg)를 저하시키는 중요한 성분이다. 그의 함유량이 1 ％ 미만이면 그의 효과는 충분하지 않다. 이것이 30 ％ 초과이면 유리의 내구성을 손상시킴과 동시에 가공성도 저하된다. 따라서, 그의 함유량을 1 내지 30 ％로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 내지 30 ％, 더욱 바람직하게는 3 내지 30 ％, 한층 바람직하게는 4 내지 30 ％로 한다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우에는, Li⁺의 함유량을 바람직하게는 4 내지 25 ％, 보다 바람직하게는 5 내지 25 ％, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 ％로 한다. 광학 유리 Ib를 얻는 경우에는, Li⁺의 함유량을 바람직하게는 5 내지 30 ％, 보다 바람직하게는 10 내지 25 ％로 한다.

Na⁺, K⁺는 각각 Li⁺와 동일하게 유리 전이 온도(Tg)를 저하시키는 효과가 있지만, 동시에 열팽창률을 Li⁺에 비해 보다 크게 하는 경향이 있다. 또한, NaF, KF는 물에 대한 용해도가 LiF에 비해 매우 크므로 내수성의 악화도 초래하기 때문에, Na⁺, K⁺의 함유량을 각각 0 내지 10 ％로 하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia 및 Ib 중 어느 유리에 있어서도, Na⁺, K⁺각각의 바람직한 함유량 범위는 모두 0 내지 5 ％이고, 각각 도입하지 않는 것이 보다 바람직하다.

Y³ ⁺는 유리의 안정성, 내구성을 향상시키는 효과가 있다. 하지만 그의 함유량이 5 ％ 초과이면 안정성이 반대로 악화되고, 유리 전이 온도(Tg)도 크게 상승한다. 따라서 그의 함유량을 0 내지 5 ％로 하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia를 얻는 경우에는, Y³ ⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 3 ％, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3 ％로 한다. 광학 유리 Ib를 얻는 경우에는, Y³ ⁺의 함유량을 바람직하게는 0 내지 4 ％, 보다 바람직하게는 0 내지 3 ％, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 ％로 한다.

B³⁺는 유리화 성분이기 때문에 유리를 안정화시키는 효과가 있다. 이의 과잉의 도입은 내구성의 악화를 초래하고, 또한 B³⁺의 함유량의 증가에 따라서, 유리 중의 O² ^-의 함유량도 증가하기 때문에 목표로 하는 광학 특성을 달성하기 어려워진다. 따라서 그의 함유량을 0 내지 15 ％로 조정하는 것이 바람직하다. 하지만, BF₃의 형태로서는 용융 중에 휘발되기 쉽고, 이는 맥리의 원인이 된다. 광학 유리 Ia 및 Ib 중 어느 유리에 있어서도, B³⁺의 함유량을 0 내지 10 ％로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 5 ％로 하는 것이 보다 바람직하다. 유리의 휘발성 감소를 우선하는 경우에는, 그의 함유량을 0 내지 0.5 ％로 하는 것이 바람직하고, 어떠한 Ba³ ⁺도 도입하지 않는 것이 보다 바람직하다.

또한, 고품질인 광학 유리를 안정적으로 제조하기 위해서, 광학 유리 Ia 및 Ib 각각에 있어, P⁵ ⁺, Al³ ⁺, Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺, Ba² ⁺, Li⁺및 Y³ ⁺의 합계량을 양이온％로 95 ％ 초과로 하는 것이 바람직하고, 98 ％ 초과로 하는 것이 보다 바람직하며, 99 ％ 초과로 하는 것이 보다 바람직하고, 100 ％로 하는 것이 한층 더 바람직하다.

광학 유리 I은, 상기 양이온 성분 이외에 Ti, Zr, Zn, La, Gd 등의 란탄족 등을 양이온 성분으로서 목적하는 특성을 손상시키지 않는 범위에서 함유할 수 있다.

또한, Si⁴ ⁺를 유리를 안정화시킬 목적으로 도입할 수 있지만, 용융 온도가 너무 높기 때문에 과잉으로 도입하면 용융 잔여물을 발생시키거나, 용융시에 휘발이 많아져서 제조 안정성을 손상시키게 된다. 따라서, 광학 유리 Ia 및 Ib 각각에, 있어서, Si⁴ ⁺의 함유량을 0 내지 10 ％로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 8 ％로 하는 것이 보다 바람직하며, 0 내지 5 ％로 하는 것이 보다 바람직하다.

음이온 성분의 비율로서는, 원하는 광학 특성을 실현하면서 우수한 안정성을 갖는 광학 유리를 얻기 위해서, F^-와 O² ^-의 합계량에 대한 F^-의 함유량의 몰비 F^-/(F^-+O^2-)를 0.25 내지 0.85로 하는 것이 바람직하다. 광학 유리 Ia에서는 0.50 내지 0.85로 하는 것이 바람직하고, 광학 유리 Ib에서는 0.25 내지 0.50 미만이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.27 내지 0.45, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.45로 한 다. 또한, 광학 유리 Ia 및 Ib 중 어느 것에서도, 음이온 중의 F^-와 O² ^-의 합계량을 100 ％로 하는 것이 바람직하다.

광학 유리 I은, 그의 굴절률(nd)이 약 1.40 내지 1.58이고, 아베수(υd)가 약 67 내지 90, 바람직하게는 70 내지 90이다. 또한, 광학 유리 Ia에서는 상기 아베수(υd)가 약 75 내지 90, 바람직하게는 78 내지 89이고, 광학 유리 Ib에서는 상기 아베수(υd)가 약 67 내지 75 미만이다.

광학 유리 I은 착색제를 첨가하는 경우를 제외하고, 가시 광역에서 높은 투과율을 나타낸다. 광학 유리 I은 양면이 평탄하면서 또한 서로 평행한 두께 10 mm의 시료에, 상기 양면에 대하여 수직 방향으로부터 빛을 입사시켰을 때의 파장 400 nm 내지 2000 nm에서의 투과율(시료 표면에서의 반사 손실을 제외함)이 통상 80 ％ 이상, 바람직하게는 95 ％ 이상인 광투과율 특성을 나타낸다.

광학 유리 I은 Li⁺를 소정 함유량으로 포함하기 때문에, 그의 유리 전이 온도(Tg)는 통상 470 ℃ 이하, 바람직하게는 430 ℃ 이하가 된다.

또한, 광학 유리 I은 알칼리 금속 이온 중 Li⁺를 양이온으로 함유시켰기 때문에, 열팽창률이 비교적 작고, 또한 비교적 우수한 내수성을 나타낸다. 이 성질은, 유리를 연마하여 정밀 프레스 성형용 예비성형체를 제조할 때, 유리 표면을 매끄럽고 고품질로 마무리하기에 유리하다.

광학 유리 I은 우수한 내수성, 화학적 내구성을 나타내기 때문에, 표면이 변질되기 어렵고, 장기간에 걸쳐 표면이 흐려지지 않는 렌즈를 얻을 수 있다.

광학 유리 I에 따르면, 유리 용융 온도를, 광학 유리 I과 동등한 광학 특성을 가지며 Li를 포함하지 않는 유리에 비해 50 ℃ 정도 저하시킬 수 있기 때문에, 용융시의 용기로부터의 백금 용융물 유입에 의한 유리의 착색, 기포의 혼입, 맥리와 같은 결점도 감소시키거나 또는 해소할 수 있다.

플루오로포스페이트 유리는 일반적으로 유출시의 점도가 높고, 유출되는 용융 유리로부터 목적 질량의 용융 유리 덩어리를 분리하여 성형할 때, 분리 부분에서 유리가 미세한 실을 형성하고, 그의 실 형상 부분이 성형된 유리 덩어리 표면에 남아 돌기가 형성되는 결점을 가진다. 유출 점도를 저하시켜 이러한 결점을 해소하고자 하면 유리의 유출 온도를 상승시켜야만 하므로, 상술한 바와 같이 유리 표면으로부터 불소의 휘발이 야기되어, 맥리가 현저해진다는 문제가 생긴다.

이러한 문제를 해소하기 위해 용융 유리의 성형에 적합한 온도를 저하시키는데 있어서, 광학 유리 I은 소정의 점도를 나타내는 온도가 종래의 플루오로포스페이트 유리에서의 온도보다 낮아지도록 결정된 유리 조성을 가진다. 유리 전이 온도는 용융 유리의 성형 온도보다 훨씬 낮은 온도이기는 하지만, 유리 전이 온도가 낮은 유리는 상기 성형 온도도 낮게 설정될 수 있다. 따라서 성형시의 실 형성, 맥리 등의 문제를 감소 또는 해소하기 위해서는, 유리 전이 온도가 상기 범위가 되도록 유리 조성을 조정한다.

또한, 유리 전이 온도를 낮게 함으로써, 예비성형체의 프레스 성형, 특히 예비성형체의 정밀 프레스 성형에 있어서의 유리의 가열 온도를 저하시킬 수 있고, 유리와 프레스 주형과의 반응이 완화되거나, 프레스 주형의 수명을 연장시킬 수 있 는 등의 효과를 얻을 수도 있다.

따라서, 광학 유리 I은 프레스 성형용 유리 소재, 특히 정밀 프레스 성형용의 유리 소재로서 바람직하다.

또한, 광학 유리 I은 포스페이트 원료, 불화물 원료 등을 사용하여 이들 원료를 칭량 및 혼합하여 백금 합금제 용융 용기에 공급하고, 가열, 용융하여 정제 및 균질화하고, 파이프로부터 용융 유리를 유출 및 성형하여 얻을 수 있다.

<광학 유리 II>

하기에서는, 제2 양태 (이하, "광학 유리 II"라고 함)에 대하여 설명한다.

광학 유리 II로서는, 플루오로포스페이트 유리로서 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도가 700 ℃ 이하인 유리를 들 수 있다.

광학 유리 II에서도, 유사하게, 1 내지 30 양이온％의 Li⁺를 포함하는 유리가 바람직하고, 2 내지 30 양이온％의 Li⁺를 포함하는 유리가 보다 바람직하며, 3 내지 30 양이온％의 Li⁺를 포함하는 유리가 더욱 바람직하고, 4 내지 30 양이온％의 Li⁺를 포함하는 유리가 한층 더 바람직하다.

광학 유리 II도, 유사하게, 2가 양이온 성분(R² ⁺)으로서 Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺및 Ba²⁺의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 광학 유리 II에 있어서, Mg² ⁺, Ca²⁺, Sr² ⁺및 Ba² ⁺의 합계량이 1 양이온％ 이상인 것이 바람직하며, Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr²⁺및 Ba² ⁺의 함유량이 각각 1 양이온％ 이상인 것이 보다 바람직하다. Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr²⁺및 Ba² ⁺의 2종 이상을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는 Mg² ⁺와 Ca²⁺를 포함하는 유리, Sr²⁺와 Ba²⁺를 포함하는 유리, Ca²⁺와 Sr²⁺를 포함하는 유리, Mg²⁺와 Ba²⁺를 포함하는 유리, Mg²⁺와 Sr²⁺를 포함하는 유리, Ca²⁺와 Ba²⁺를 포함하는 유리, Mg² ⁺, Ca² ⁺ 및 Sr² ⁺을 포함하는 유리, Mg² ⁺, Ca² ⁺ 및 Ba² ⁺를 포함하는 유리, Mg² ⁺, Sr² ⁺ 및 Ba² ⁺를 포함하는 유리, Ca² ⁺, Sr² ⁺ 및 Ba² ⁺를 포함하는 유리, Mg² ⁺, Ca²⁺, Sr²⁺ 및 Ba²⁺를 포함하는 유리가 바람직하다.

상기 각 유리에서는, Mg² ⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺ 및 Ba² ⁺ 중 1종 이상을 포함하는 경우에도 각 2가 양이온 성분의 함유량을 0.5 양이온％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1 양이온％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 조성에 의해 유리의 안정성을 높일 수 있다.

광학 유리 II의 바람직한 유리 조성 및 광학 상수는 광학 유리 I의 유리 조성 및 광학 상수와 공통된다. 따라서, 광학 유리 II에 적합한 유리 성분의 종류, 그의 함유량, 광학 상수, 그 밖의 특성도 상술한 광학 유리 I의 것들과 공통된다. 또한, 광학 유리 II는 광학 유리 I의 각 유리 성분의 종류 및 그의 함유량에 관한 요건을 반드시 전부 만족시키지는 않을 수도 있다. 하지만, 광학 유리 II는 광학 유리 I을 구성하는 유리 성분의 종류 및 그의 함유량에 관한 어느 하나의 요건을 만족시키는 것이 바람직하고, 모든 요건을 만족시키는 것이 보다 바람직하다.

광학 유리 II에 따르면, 용융 유리의 성형시의 실 형성, 맥리 등의 문제가 해소될 수 있다.

상기 성형시의 실 형성은, 예비성형체 성형 온도(유출 직후의 유리의 온도)를 높게 하여 유리의 점도를 저하시키면 해소될 수 있다. 한편, 용융 유리의 예비성형체 성형 온도를 감소시킴으로써 성형시의 맥리를 감소시키거나 또는 방지할 수 있다. 종래의 플루오로포스페이트 유리에서는, 이들 2가지 요구를 만족시키는 것이 곤란하였다. 그러나, 본 발명자들은 예비성형체 성형 온도(유출 직후의 유리의 온도)의 하한이, 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도에 상당하는 것을 발견하고, 상기 30 dPa·s 점도를 나타내는 온도가 700 ℃ 이하인 광학 유리를 제공함으로써, 실 형성을 방지하면서 맥리 발생을 감소시키거나 또는 방지하는 것을 가능하게 하였다.

유사하게, 광학 유리 I에서도 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도가 700 ℃ 이하인 유리가 바람직하고, 광학 유리 I, II 모두, 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도가 680 ℃ 이하인 유리가 보다 바람직하다.

[정밀 프레스 성형용 예비성형체와 그의 제조 방법]

본 발명에서 사용되는 정밀 프레스 성형용 예비성형체의 제1 양태 (이하, "예비성형체 I"이라 함)는 상술한 광학 유리로 이루어지는 예비성형체이다.

여기서 정밀 프레스 성형용 예비성형체란, 프레스 성형품의 질량과 동일한 질량의 유리를, 정밀 프레스 성형에 적합한 형상으로 미리 성형한 것이다.

예를 들면 렌즈 등과 같이 회전 대칭축을 하나 가지고, 이 대칭축 주위의 임의의 회전각에 대하여 대칭인 프레스 성형품을 제조하는 경우에는, 예비성형체의 형상도 회전 대칭축을 하나 가지고, 이 대칭축 주위의 임의의 회전각에 대하여 대칭인 것, 또는 구형으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 정밀 프레스 성형시에 프레스 주형의 성형면과 예비성형체 표면 사이에 주변 기체가 갇힌 상태에서 예비성형체가 프레스될 수 있고, 이에 따라 프레스 성형품의 형상 정밀도가 저하될 수 있다. 이러한 형성 정밀도의 저하가 발생되지 않도록 하기 위해, 예비성형체 표면의 곡율을 프레스 주형의 성형면의 곡율을 고려하여 정하는 것이 바람직하다. 이 정밀 프레스 성형용 예비성형체를 사용할 때는, 정밀 프레스 성형시에 유리가 프레스 주형 내에 충분히 퍼지도록 하기 위한 기능을 갖는 공지된 각종 막이나 이형성을 높이기 위한 공지된 각종 막을 예비성형체 전체 표면에 형성할 수도 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 정밀 프레스 성형용 예비성형체의 제2 양태 (이하, "예비성형체 II"라 함)는, 유리 전이 온도가 450 ℃ 이하인 플루오로포스페이트 광학 유리로 이루어지는 예비성형체이다. 본 발명에서 사용되는 예비성형체 II에서, 유리 전이 온도는 440 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 430 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하며, 420 ℃ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 410 ℃ 이하인 것이 한층 더 바람직하며, 400 ℃ 이하인 것이 또 한층 바람직하다.

플루오로포스페이트 유리는 전반적으로 유리 전이 온도가 낮은 유리이지만, 그 중에서도 예비성형체 II를 구성하는 플루오로포스페이트 유리는, 특히 유리 전이 온도가 낮은 유리이다. 지금까지, 플루오로포스페이트 유리는 일반적으로 유리 전이 온도가 낮은 유리이기 때문에, 정밀 프레스 성형에는 특히 지장이 없는 유리라고 생각되었었다. 하지만, 정밀 프레스 성형에 의해 렌즈를 높은 수율로 생산하는 것은 곤란하였다. 왜냐하면, 일반적인 플루오로포스페이트 유리의 유리 전이 온도는 460 ℃ 초과 600 ℃ 이하이지만, 이러한 플루오로포스페이트 유리는 정밀 프레스 성형에 적합한 온도 범위가 좁다. 그 때문에 정밀 프레스 성형시의 유리의 온도가 약간 낮아지면 유리에 균열이 생기고, 반대로 약간 온도가 높아지면 유리가 기포되어 고품질의 렌즈를 얻지 못할 수 있다.

이에 대하여, 상기 예비성형체 II에 따르면, 유리 전이 온도가 450 ℃ 이하로 억제되어 있기 때문에, 정밀 프레스 성형시의 온도 설정 범위를 넓게 잡을 수 있어, 균열이나 기포가 없는 렌즈를 안정적으로 생산할 수 있다.

또한, 유리 전이 온도를 보다 저온으로 함으로써, 정밀 프레스 성형 후의 어닐링(annealing) 온도를 낮게 억제할 수 있다. 어닐링시의 최적 온도는 (유리 전이 온도 - 10) ℃ 내지 (유리 전이 온도 - 50) ℃의 범위에서 행하기 때문에, 유리 전이 온도에 연동하여 변한다. 어닐링 온도가 높은 경우, 정밀 프레스 성형품의 표면에 존재하는 불소 일부가 분위기 중의 산소와 치환되어, 렌즈 표면의 굴절률이 약간 증가된다. 이 현상은 어닐링 온도의 고저에 의해서 좌우된다. 렌즈에 반사 방지막 등의 광학 다층막을 형성하는 경우, 유리의 광학 특성에 따라서 광학 다층막을 최적으로 설계하더라도 상기 표면층의 굴절률 변화에 의해서 실제 광학 다층막의 코팅은 최적인 것에서 어긋나 버린다.

그러나, 상기 예비성형체 II를 사용함으로써, 어닐링 온도를 저하시킬 수 있 고, 상기 불소와 산소의 치환을 억제하여, 렌즈 표면의 굴절률이 변화되지 않도록 할 수 있기 때문에, 유리의 광학 특성을 기초로 광학 다층막의 설계를 최적화시킬 수 있다. 또한, 예비성형체 II를 사용함으로써 정밀 프레스 성형시의 온도를 저하시킬 수 있기 때문에, 정밀 프레스 성형 전의 예비성형체의 승온 및 정밀 프레스 성형 후의 유리 성형품의 강온에 소요되는 시간을 단축화시킬 수 있어, 생산성을 향상시킬 수도 있다. 상기 예비성형체 II에서, 유리 전이 온도를 450 ℃ 이하로 조절하기 위해서는, 유리 성분으로서 Li 양이온을 도입하는 것이 바람직하고, 그의 함유량을 1 내지 30 양이온％로 조정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, F^-와 O² ^-의 합계량에 대한 F^-의 함유량의 몰비 F^-/(F^-+O² ^-)가 0.25 내지 0.85가 되도록 음이온 성분의 함유량을 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 예비성형체 II를 구성하는 플루오로포스페이트 광학 유리는, 상기 광학 유리 I의 구성 성분에 관한 일부 요건을 갖는 것이 바람직하고, 모든 요건을 갖는 것이 보다 바람직하다.

예비성형체 II는 예비성형체 I의 구성을 갖는 것, 즉 상기 광학 유리로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 예비성형체 I 및 II 각각의 전체 표면은 용융 상태의 유리를 고화시켜 형성된 면인 것이 바람직하다.

예비성형체 I 및 II를, 두께 10 mm로 환산하여 파장 370 내지 700 nm의 전체 영역에서 외부 투과율이 80 ％ 이상이 되는 투과율 특성을 갖는 플루오로포스페이트 유리에 의해 구성함으로써, 무색 투명한 렌즈를 정밀 프레스 성형에 의해 제조 할 수 있다.

하기에서는, 본 발명에서 사용되는 정밀 프레스 성형용 예비성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에서 사용되는 예비성형체의 제조 방법의 제1 양태 (이하, "예비성형체의 제조 방법 I"이라 함)에 있어서는, 파이프로부터 용융 유리를 유출시키고, 소정 질량의 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 유리 덩어리를 유리 냉각 과정에 의해 상술한 광학 유리로 이루어지는 예비성형체로 성형시킨다.

통전 가열 방식 또는 고주파 유도 가열 방식, 또는 이들 2개의 가열 방식을 조합한 가열법에 의해, 소정 온도로 가열한 백금 합금제 또는 백금제 파이프로부터 일정 유량으로 연속하여 용융 유리를 유출시킨다. 예비성형체 1개분의 질량, 또는 예비성형체 1개분의 질량에 후술하는 제거분의 질량을 더한 질량의 용융 유리 덩어리를 분리한다. 용융 유리 덩어리의 분리에 있어서는, 절단 흔적이 남지 않도록, 절단 칼의 사용을 피하는 것이 바람직하고, 예를 들면 파이프의 유출구로부터 용융 유리를 적하시키거나, 유출되는 용융 유리 흐름 선단을 지지체로 지지하여, 목적 질량의 용융 유리 덩어리를 분리할 수 있는 타이밍에 지지체를 급강하시켜 용융 유리의 표면 장력을 이용하여 용융 유리 흐름 선단에서 용융 유리 덩어리를 분리하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도가 700 ℃ 이하인 유리에서는, 유리의 유출 온도를 700 ℃ 이하로 하여도 상기 용융 유리 덩어리의 분리에 있어서, 실 형성 현상은 보이지 않는다.

분리된 용융 유리 덩어리는, 예비성형체 주형의 오목부 상에서 유리 냉각 과정에 의해 목적 형상으로 성형된다. 그 때, 예비성형체 표면에 주름이 생기거나, 균열이라 불리는 유리 냉각 과정에서의 파손을 방지하기 위해서, 오목부 상에서 유리 덩어리에 상향의 풍압을 가하여 부상시킨 상태에서 성형하는 것이 바람직하다.

예비성형체에 외력을 가하더라도 변형되지 않는 온도 영역까지 유리의 온도를 저하시킨 후, 예비성형체를 예비성형체 주형으로부터 취출하여 서서히 냉각시킨다.

또한, 유리 표면에서의 불소 휘발을 감소시키기 위해서, 유리 유출 및 예비성형체 성형을 건조 분위기 (노점이 -50 ℃ 이하인 건조 분위기) 중에서 행하는 것이 바람직하다.

상술한 광학 유리는 맥리가 거의 생기지 않는다. 예비성형체 표면에 약간의 맥리가 생기는 경우, 맥리는 예비성형체 표면층에 국재하기 때문에, 에칭이나 연마 가공에 의해 상기 표면층을 제거하여, 맥리가 없는 광학적으로 고도로 균질한 예비성형체로 마무리할 수도 있다.

상기 에칭을 행하는 경우, 산 또는 알칼리의 에칭액에 예비성형체를 침지시키거나, 예비성형체 표면 전체에 걸쳐 에칭액을 가하여 예비성형체 전체 표면의 표면층을 제거한다. 에칭 후, 예비성형체를 세정 및 건조시킨다.

연마 가공에 의해 표면층을 제거하는 경우에도 예비성형체 전체 표면에 걸쳐 표면층을 제거하는 것이 바람직하다. 연마 가공은 구형의 예비성형체 또는 평탄한 면을 갖는 예비성형체에 바람직하고, 에칭은 형상에 상관없이 다양한 형상에 대응 할 수 있다.

에칭 및 연마 중 어느 경우에도, 목적으로 하는 예비성형체 질량에 제거되는 유리 질량을 더한 질량의 용융 유리 덩어리를 분리하여, 표면층의 제거 후에 목적 질량이 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 정밀 프레스 성형용 예비성형체의 제조 방법의 제2 양태(예비성형체의 제조 방법 II라 함)에 있어서는, 용융 유리를 성형하여 유리 성형체를 제조하고, 상기 유리 성형체를 기계 가공하여 상술한 광학 유리로 이루어지는 예비성형체를 제조한다.

예비성형체의 제조 방법 I에서 예비성형체의 전체 표면을 연마 가공에 의해서 제거하는 방법은, 유리 성형체를 기계 가공하는 예비성형체의 제조 방법 II에 상당한다. 여기서는, 예비성형체의 제조 방법 I에서 설명한 방법 이외의 방법에 대하여 설명한다.

우선, 용융 유리를 연속하여 파이프로부터 유출시키고, 파이프 하측에 배치한 주형에 유입시킨다. 주형에는, 평탄한 바닥부와 바닥부를 3방면으로부터 둘러싸는 측벽을 구비하고, 한쪽 측면이 개구된 것을 사용한다. 개구 측면 및 바닥부와 접촉된 2개의 측벽들은 서로 평행하게 대향하고, 바닥면 중앙이 파이프 바로 아래에 연직 방향으로 위치하고, 또한 바닥면이 수평이 되도록 주형을 배치 및 고정하여, 용융 유리는 주형 내로 유입되어 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 균일한 두께가 되도록 퍼지고, 냉각 후에 개구 측면으로부터 일정 속도로 수평 방향으로 유리가 인출된다. 인출된 유리 성형체는 어닐링 로 내로 보내지고, 어닐링된다. 이와 같이 하여 일정 폭과 두께를 갖는 상술한 광학 유리로 이루어지는 판형 유리 성형체를 얻는다.

하기에서는, 판형 유리 성형체를 절단 또는 할단하여 컷트 피스라고 불리는 복수개의 유리편으로 분할하고, 이들 유리편을 연삭 및 연마하여 목적 질량의 프레스 성형용 예비성형체로 마무리한다.

또다른 방법으로서는, 원통형의 관통 구멍을 갖는 주형을 관통 구멍의 중심축이 연직 방향을 향하도록 파이프 바로 아래에 연직 방향으로 배치 및 고정한다. 이때, 관통 구멍의 중심축이 파이프 바로 아래에 연직 방향으로 위치하도록 주형을 배치하는 것이 바람직하다. 그리고, 파이프로부터 주형 관통 구멍 내에 용융 유리를 일정 유량으로 유입시켜 관통 구멍 내에 유리를 충전시키고, 고화된 유리를 관통 구멍의 하단 개구부로부터 일정 속도로 연직 방향으로 인출하며, 서서히 냉각시켜 원주 막대 형상의 유리 성형체를 얻는다. 이와 같이 하여 얻어진 유리 성형체를 어닐링한 후, 원주 막대 형상의 중심축에 대하여 수직인 방향에서 절단 또는 할단하여 복수개의 유리편을 얻는다. 다음에 유리편을 연삭 및 연마하여 목적 질량의 프레스 성형용 예비성형체로 마무리한다.

예비성형체의 제조 방법 I 및 II 모두 고품질이며 질량 정밀도가 높은 예비성형체를 제조할 수 있기 때문에, 정밀 프레스 성형용 예비성형체를 제조하는 방법으로서 바람직하다.

[렌즈와 그의 제조 방법]

본 발명의 렌즈는 상술한 플루오로포스페이트 유리로 이루어진 렌즈로서, 상 기 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인, 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하기 위한 위치 결정 기준면을 갖는 렌즈이다.

이와 같이 정밀 프레스 성형에 의해, 광학 기능면 및 위치 결정 기준면을 형성함으로써, 광학 기능면을 압축하여 렌즈를 가공할 필요가 없다. 따라서, 정밀 프레스 성형 가능한 플루오로포스페이트 유리제 렌즈라도, 광학 기능면에의 흠집 발생을 막을 수 있다.

본 발명의 렌즈는, 비구면 렌즈뿐만 아니라, 구면 렌즈도 포함한다. 형상에 의한 분류에 의하면, 본 발명의 렌즈는 볼록 메니스커스 렌즈, 양(兩)볼록 렌즈, 평볼록 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈, 양오목 렌즈 및 평오목 렌즈와 같은 형상의 렌즈를 포함한다.

또한, 광학 기능면에 회절에 의해서 광선을 제어하는 미세 패턴이 설치된 렌즈도 본 발명에 포함된다.

용도면에서는, 본 발명의 렌즈는 촬상 광학계를 구성하는 렌즈, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라용 렌즈, 디지털 비디오 카메라용 렌즈, 일안 레플렉스 카메라의 교환 렌즈 등이나, 휴대 전화 등의 모바일 기기 탑재 카메라의 촬상 렌즈, 차량 탑재 카메라용 렌즈, 광기록 매체의 픽업 렌즈, 콜리메이터 렌즈, 광 통신용 렌즈 등을 포함한다.

휴대 전화 등의 모바일 기기 탑재 렌즈, 픽업 렌즈 및 광 통신용 렌즈는 소형이기 때문에 심취 가공이 어렵다고 하는 문제가 있다. 본 발명의 렌즈에 따르면 정밀 프레스 성형에서 위치 결정 기준면도 얻어지기 때문에, 상기 소형 렌즈도 고정밀도로 고정구에 고정시킬 수 있다.

렌즈의 광학 기능면에는 반사 방지막 등의 광학 다층막이나 단층막을 형성할 수도 있다.

하기에서는, 본 발명에 의해 제공되는 렌즈의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 의해 제공되는 렌즈의 제조 방법은, 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈의 제조 방법이며, 상기 유리의 예비성형체를 가열시켜 연화하고, 주형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하며, 상기 주형의 성형면의 형상을 전사하여 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하기 위한 위치 결정 기준면을 형성하는 단계를 포함한다.

정밀 프레스 성형법 자체는 공지된 기술이기 때문에 설명을 생략한다. 상기 방법에 의해 본 발명의 렌즈를 제조할 수 있다. 이 방법의 장점은 먼저 설명한 본 발명의 렌즈의 장점과 유사하다.

또한, 사용되는 플루오로포스페이트 유리 및 제조 대상으로서 바람직한 렌즈도, 이미 설명한 것과 유사하다.

하기에서, 대표적인 형상의 심취 가공되지 않은 렌즈는 도 1(a) 내지 1(d)에 나타내는 렌즈들을 포함한다.

도 1(a) 내지 1(d)에 있어서, 부호 (11) 및 (12)는 렌즈면, (13a), (13b) 및 (14)는 위치 결정 기준면이다.

<실시예>

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예로만 한정되지는 않는다.

유리의 원료로서, 각 유리 성분에 상당하는 인산염, 불화물 등을 사용하여, 표 1a 또는 표 1b에 나타내는 조성을 갖는 유리가 수득되도록 상기 원료를 칭량하고, 충분히 혼합한 후, 백금 도가니에 투입하여 전기로에서 850 내지 950 ℃의 온도 범위 하에 교반하면서 대기 중에서 1 내지 3 시간에 걸쳐 가열 용해시켰다. 균질화 및 정제된 유리 용융물을 40×70×15 mm의 카본제 금형에 주입하였다. 주입된 유리를 전이 온도까지 방냉시키고 나서 즉시 어닐링 로에 넣어, 전이 온도 부근에서 1 시간 어닐링하고, 어닐링 로 내에서 실온까지 서서히 냉각시켰다. 상기 방식에 의해, 표 1a 및 표 1b에 나타내는 각 광학 유리를 수득하였다.

수득한 각 유리를 현미경에 의해서 확대 관찰한 결과, 결정의 석출이나 용융되지 않은 원료의 잔여물은 확인되지 않았다.

수득한 광학 유리에 대하여, 굴절률(nd), 아베수(υd), 유리 전이 온도(Tg) 및 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도를, 이하와 같이 하여 측정하고 그 결과를 표 1a 및 표 1b에 나타내었다.

(1) 굴절률(nd) 및 아베수(υd)

서냉 강온 속도를 -30 ℃/시로 하여 수득한 광학 유리에 대하여 측정하였다.

(2) 유리 전이 온도(Tg)

리가꾸 코포레이션(Rigaku Corporation)의 열기계 분석 장치(서모 플러스(ThermoPlus) TMA 8310)에 의해 승온 속도를 4 ℃/분으로 하여 측정하였다.

(3) 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도

그 측정 방법은 이하와 같다.

JIS 표준 Z8803의 점도 측정 방법에 의해, 공축 이중 회전 원통형 회전 점도계(도꾜 고교 가부시끼가이샤 제조, 고온 점도 측정 장치 RHEOTRONICII(개량형))를 이용하여 측정하였다. 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도를 구할 때에는, 유리의 온도를 변화시켜, 각각의 온도에서의 점도를 측정하고, 점도와 온도의 관계를 나타내는 그래프를 제조하고, 이 그래프를 이용하여 30 dPa·s의 점도를 나타내는 온도를 판독하는 방법이 간편하고 용이하다.

표 1a 및 표 1b에 나타낸 바와 같이, 수득한 모든 광학 유리가 원하는 굴절률, 아베수 및 유리 전이 온도를 가졌고, 우수한 저온 연화성 및 용해성을 나타내었으며, 정밀 프레스 성형용 광학 유리로서 적합한 것이었다.

또한, 표 1a 및 표 1b에 표시되는 각 조성을 갖는 유리로부터 예비성형체를 제조하였다. 정제 및 균질화된 용융 유리를, 유리가 불투명하게 되지 않고, 안정한 유출이 가능한 온도 영역으로 온도 조정된 백금 합금제 파이프로부터 일정한 유량으로 유출시켰다. 유리를 적하시키거나 또는 유리의 선단을 지지체를 이용하여 지지한 후, 지지체를 급강하시켜 유리 덩어리를 분리하는 방법으로써 목적하는 예비성형체 질량의 용융 유리 덩어리를 분리하였다. 이어서, 수득한 용융 유리 덩어리를 가스 분출구를 바닥부에 갖는 수용 주형에 넣고, 가스 분출구로부터 가스를 분출하여 유리 덩어리를 부상시키면서 성형하여 프레스 성형용 예비성형체를 제조하였다. 상기 방식으로 수득한 예비성형체의 형상은 용융 유리 덩어리로부터 분리되는 용융 유리의 간격을 조정 및 설정함으로써 구형이나 편평 구형으로 하였다. 수득한 예비성형체의 질량은 설정값에 정밀하게 일치하였고, 모두 표면이 매끄러운 것이었다.

또다른 방법에 있어서, 성형한 구형 예비성형체의 전체 표면을 공지된 방법으로 연마 가공하여 전체 표면층을 제거하여 광학적으로 균질한 예비성형체를 수득하였다.

또다른 방법에 있어서, 별도로 용융 유리를 주형에 주입하여 판형 유리나 원주 막대 형상으로 성형하고, 어닐링한 후, 이것을 절단하여 유리편을 수득하였다. 각각의 유리편의 표면을 연삭 및 연마하여 전체 표면이 매끄러운 예비성형체를 얻었다.

상기한 바와 같이 하여 수득한 예비성형체의 질량이 목적하는 렌즈의 설정 질량과 정확하게 일치하는지 여부를 검사하고, 정확하게 일치하는 것만을 정밀 프레스 성형 공정에 사용하였다.

정밀 프레스 성형은 다음과 같이 수행하였다. 예비성형체를 상형, 하형 및 동형(胴型)으로 이루어지는 프레스 주형의 하형과 상형 사이에 설치한 후, 질소 분위기 중에서 프레스 주형과 함께 가열하였다. 프레스 주형 내부의 온도를, 성형되는 유리가 10⁸ 내지 10¹⁰ dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 설정하고, 동온도를 유지하면서 상형을 강하시켜 주형 내에 셋팅한 예비성형체를 프레스하였다. 프레스 압력은 8 MPa, 프레스 시간은 30 초로 하였다. 프레스 후, 프레스 압력을 해제하여, 프레스 성형된 유리 성형품을 하형 및 상형과 접촉시킨 그대로의 상태에서 상기 유리의 점도가 10¹² dPa·s 이상이 되는 온도까지 서서히 냉각시키고, 이어서 실온까지 급냉시켜 유리 성형품을 주형으로부터 취출하여 비구면 렌즈를 수득하였다. 이때, 유리가 프레스 주형을 구성하는 형재 사이에 삼출되지 않도록 프레스 스트로크를 제어하였다.

이렇게 하여 수득한 비구면 렌즈는 매우 높은 면 정밀도를 갖는 것이고, 그의 외주면 및 렌즈면의 외연면은 렌즈의 위치 결정 기준면으로서 사용할 수 있는 것이었다.

정밀 프레스 성형에 의해 수득한 비구면 렌즈에는, 필요에 따라서 반사 방지막을 설치하였다.

본 발명의 렌즈는 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인 광학 기능면 및 위치 결정 기준면을 갖는 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈로서, 광학 기능면을 압축하여 렌즈를 가공할 필요가 없다. 따라서, 광학 기능면에의 흠집 발생을 막을 수 있다.

도 1은 심취 가공되지 않은 렌즈의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 12 렌즈면

13a, 13b, 14 위치 결정 기준면

Claims

플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈로서, 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하고 광축 방향의 방향 결정을 하기 위한 위치 결정 기준면을 가지고, 상기 광학 기능면 및 위치 결정 기준면 모두가 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면인 것을 특징으로 하는 렌즈.
제1항에 있어서, 전체 표면이 정밀 프레스 성형에 의해 주형의 성형면의 형상을 전사함으로써 형성된 전사면으로 이루어지거나, 또는 상기 전사면과 자유 표면으로 이루어지는 렌즈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 플루오로포스페이트 유리가 양이온 성분으로서 1 양이온％ 이상의 Li⁺를 포함하는 렌즈.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 플루오로포스페이트 유리의 유리 전이 온도가 500 ℃ 이하인 렌즈.
플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 예비성형체를 가열시켜 연화하고 주 형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는, 플루오로포스페이트 유리로 이루어지는 렌즈의 제조 방법으로서, 상기 주형의 성형면의 형상을 전사하여 광학 기능면 및 상기 렌즈를 고정구에 위치 결정 및 고정하기 위한 위치 결정 기준면을 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈의 제조 방법.
제5항에 있어서, 플루오로포스페이트 유리가 양이온 성분으로서 1 양이온％ 이상의 Li⁺를 포함하는 것인 렌즈의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 플루오로포스페이트 유리의 유리 전이 온도가 500 ℃ 이하인 렌즈의 제조 방법.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 표면이 용융 상태의 유리 표면을 고화하여 형성된 면인 예비성형체를 사용하는 렌즈의 제조 방법.