KR20090084742A

KR20090084742A - 광학 유리

Info

Publication number: KR20090084742A
Application number: KR1020090007423A
Authority: KR
Inventors: 스스무 우에하라
Original assignee: 가부시키가이샤 오하라
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2009-08-05
Also published as: US8664133B2; CN102320738B; US20110269617A1; US8030233B2; CN102320738A; JP5545917B2; CN101497494B; EP2105417A1; JP2009179538A; TW200938503A; CN101497494A; US20090197755A1; TWI396671B

Abstract

[과제] 굴절률(n_d)이 1.78 이상이고, 압베수(γ_d)가 30 이하이며, 부분 분산비가 작은 광학 유리를 제공하는 것을 과제로 한다.

[해결 수단] 부분 분산비(θg, F)가 0.624 이하의 범위인 광학 정수를 가지고, 필수 성분으로서 SiO₂ 및 Nb₂O₅를 함유하며, 질량%의 비율로 Nb₂O₅가 40%보다 많은 것을 특징으로 하는 광학 유리. 질량%의 비율로 K₂O가 2% 미만, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)가 0.32 미만이고, SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, 및 Na₂O의 합계 함유량이 90%보다 많은 것을 특징으로 하는 상기 광학 유리.

광학 유리, 광학 정수, 굴절률, 압베수, 부분 분산비, 유리 전이 온도, 내실투성

Description

광학 유리{OPTICAL GLASS}

본 발명은 굴절률(n_d)이 1.78 이상이고, 압베수(Abbe's number)(γ_d)가 30 이하이며, 부분 분산비(θg, F)가 0.620 이하인 고굴절률 고분산 광학 유리, 및 이 광학 유리를 이용하여 얻어지는 렌즈, 프리즘 등의 광학 소자에 관한 것이다.

고굴절률 고분산 유리는 각종 렌즈 등의 광학 소자용 재료로서 수요가 매우 많고, 굴절률(n_d)이 1.78 이상이고, 압베수(γ_d)가 30 이하인 광학 유리로서는, 특허 문헌 1∼3으로 대표되는 유리 조성물이 알려져 있다.

이러한 광학 유리가 사용되는 광학계는 디지털 카메라 등의 광학 제품에 탑재되지만, 색수차를 개선하기 위해서는 고굴절률 고분산 영역의 광학 유리에 부분 분산비가 작은 것이 요망된다.

이러한 이유로 인해, 광학 설계상의 유용성이라는 관점에서 종래부터 고굴절률 고분산을 가지고 부분 분산비가 작은 광학 유리가 강하게 요구되고 있다.

특히, 굴절률(n_d)이 1.78 이상이고 압베수(γ_d)가 30 이하의 범위인 광학 정수(光學定數)를 가지는 고굴절률 고분산의 광학 유리가 강하게 요구되고 있다.

특허 문헌 1∼3의 공보에는, 상기 광학 정수를 충족시키는 광학 유리가 개시되어 있다. 그러나, 이들 공보에 구체적으로 개시되어 있는 광학 유리는, 필수 성분으로서 SiO₂ 및 Nb₂O₅를 함유하고, 질량%의 비율로 Nb₂O₅가 40%보다 많고, K₂O가 2% 미만, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)가 0.32 미만이며, 또한 SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, Na₂O의 합계 함유량이 90%보다 많은 조건을 충족시키지 못한다.

또한, 디지털 스틸 카메라 등의 광학계에는 일반적으로 구면(球面) 렌즈가 사용된다. 구면 렌즈는 렌즈와 유사한 형상의 금형을 사용하여 가열 성형하고, 얻어진 렌즈 프리폼 재료를 연마함으로써 제조된다. 특히 고굴절률 고분산의 광학 유리에 있어서는, 가열 성형(재가열 프레스 성형)할 때 실투(失透)를 일으키기 쉬우므로, 실투가 발생되기 어려운 광학 유리가 요구되고 있다.

한편, 구면수차 등을 보정하기 위해서는, 비구면 렌즈가 효과적이다. 비구면 렌즈를 저렴한 가격으로 대량 제조하는 방법으로서, 정밀 프레스 성형이 알려져 있다. 정밀 프레스 성형은, 렌즈 프리폼 재료가 되는 유리를 가열 연화(軟化)시키고, 금형을 가압함으로써 정밀도 높은 금형 표면을 전사(轉寫)하는 방법이다. 고온 환경 하에서 금형이 노출되므로, 금형의 성형면이 산화되거나, 침식되거나, 금형 성형면의 표면에 설치되어 있는 이형막이 손상되거나 하여 금형의 정밀도 높은 성형면을 유지할 수 없게 되는 경우가 많고, 금형 자체도 손상되기 쉽다. 이렇게 되면, 금형을 교환하지 않을 수 없으며, 금형의 교환 회수가 증가되어, 저비용, 대량 생산을 실현할 수 없게 된다. 그래서, 정밀 프레스 성형에 사용하는 렌즈 프리 폼 재료가 되는 유리는, 상기 손상을 억제하고, 금형의 정밀도 높은 성형면을 오래 유지할 뿐 아니라, 낮은 프레스 압력에서의 정밀 프레스 성형을 가능하게 한다는 관점에서, 가능한 한 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 가지는 것이 바람직하다.

[특허 문헌 1] 일본 특개소52-25812호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특개 2004-161598호 공보

[특허 문헌 3] WO 2004/110942호 공보

본 발명의 목적은, 상기 배경기술에 기재된 광학 렌즈에서 알 수 있는 여러 가지 결점을 총합적으로 해소하고, 상기 광학 정수를 가지며, 부분 분산비가 작은 광학 유리를 제공하는 것이다.

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해, 시험 연구를 거듭한 결과, 특정량의 SiO₂ 및 Nb₂O₅를 함유시킴으로써, 상기 광학 정수를 가지고 부분 분산비가 작은 광학 유리를 얻었다.

본 발명의 제1 구성은, 굴절률(n_d)이 1.78 이상이고, 압베수(γ_d)가 30 이하이며, 부분 분산비(θg, F)가 0.620 이하의 범위인 광학 정수를 가지고, 필수 성분으로서 SiO₂ 및 Nb₂O₅를 함유하며, 질량%의 비율로 Nb₂O₅가 40%보다 많은 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.

본 발명의 제2 구성은, 산화물 기준의 질량%의 비율로, K₂O가 2% 미만, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)가 0.32 미만이고, 또한 SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, 및 Na₂O의 합계 함유량이 90%보다 많은 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.

본 발명의 제3 구성은, 산화물 기준의 질량%로,

SiO₂ 10∼40%,

Nb₂O₅ 40%보다 많고 65% 이하, 아울러

B₂O₃ 0∼20% 및/또는

GeO₂ 0∼10% 및/또는

Al₂O₃ 0∼10% 및/또는

TiO₂ 0∼15% 및/또는

ZrO₂ 0∼15% 및/또는

WO₃ 0∼15% 및/또는

ZnO 0∼15% 및/또는

SrO 0∼15% 및/또는

Li₂O 0∼15% 및/또는

Na₂O 0∼20% 및/또는

Sb₂O₃ 0∼1%

의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 구성 1 또는 2에 기재된 광학 유리이다.

본 발명의 제4 구성은, 산화물 기준의 질량%로,

Gd₂O₃ 0∼10% 및/또는

Y₂O₃ 0∼10% 및/또는

MgO 0∼15% 및/또는

CaO 0∼15% 및/또는

BaO 0∼15% 및/또는

Ga₂O₃ 0∼10% 및/또는

CeO₂ 0∼10% 및/또는

TeO₂ 0∼10% 및/또는

Bi₂O₃ 0∼10%

의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 구성 1∼3에 기재된 광학 유리이다.

본 발명의 제5 구성은, 유리 전이 온도(Tg)가 650℃ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 구성 1∼4에 기재된 광학 유리이다.

본 발명의 제6 구성은, 상기 구성 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 제조되는 렌즈 프리폼 재료이다.

본 발명의 제7 구성은, 상기 구성 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 제조되는 몰드 프레스 성형용 렌즈 프리폼 재료이다.

본 발명의 제8 구성은, 상기 구성 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 제조되는 광학 소자이다.

본 발명에 의하면, 종래 기술의 광학 렌즈가 가지는 여러 가지 결점을 종합적으로 해소하고, 상기 광학 정수를 가지며, 부분 분산비가 작은 광학 유리를 얻을 수 있다.

본 발명의 광학 유리의 각 성분에 대해 설명한다. 이하, 특별히 언급되지 않는 한 각 성분의 함유율은 산화물 기준의 질량%를 의미한다.

SiO₂ 성분은 본 발명의 광학 유리에 있어서, 유리 형성 산화물 성분으로서 없어서는 안되는 성분으로, 유리의 점도를 높이고, 내실투성 및 화학적 내구성을 향상시키는 데에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 적으면 효과가 불충분하고, 너무 많으면 반대로 내실투성, 용융성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 12%, 가장 바람직하게는 14%를 하한으로 함유할 수 있고, 바람직하게는 40%, 보다 바람직하게는 35%, 가장 바람직하게는 30%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

SiO₂ 성분은, 원료로서 예를 들면 SiO₂ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

B₂O₃ 성분은 유리 형성 산화물로서 작용하는 임의 성분이며, 유리 전이 온도(Tg)를 낮추는 데에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 적으면 화학적 내구성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 20%, 보다 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

B₂O₃는 원료로서 예를 들면 H₃BO₃, B₂O₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

GeO2 성분은 굴절률을 높이고, 내실투성을 향상시키는 효과를 가지는 임의 성분이며, 유리 형성 산화물로서 작용한다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 원료가 매우 고가이므로 비용이 높아진다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, GeO₂ 성분은, 원료로서 예를 들면 GeO₂ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Al₂O₃ 성분은 화학적 내구성의 개선에 유효한 임의 성분이다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Al₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 Al₂O₃, Al(OH)₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

TiO₂ 성분은 굴절률을 높이고, 분산을 양호하게 하는 효과를 가진다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 가시광 단파장 영역의 투과율을 악화시키고, 부분 분산비도 커진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 12%, 가장 바람직하게는 9%를 상한으로 하여 함유할 수 있다. 한편, TiO₂ 성분은 임의 성분이므로, 함유하지 않아도 본 발명의 유리를 제조하는 것은 가능하지만, 상기 효과를 발휘하기 쉽게 하기 위해서는, 바람직하게는 0%보다는 많고, 더욱 바람직하게는 0.1%, 가장 바람직하게는 1%를 하한으로 한다.

TiO₂ 성분은, 원료로서 예를 들면 TiO₂ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

ZrO₂ 성분은 굴절률을 높이고, 부분 분산비를 작게하며, 화학적 내구성을 향상시키는 효과를 가진다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 반대로 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 13%, 가장 바람직하게는 12%를 상한으로 하여 함유할 수 있다. 한편, ZrO₂ 성분은 임의 성분이므로, 함유하지 않아도 본 발명의 유리를 제조하는 것은 가능하지만, 상기 효과를 발휘하기 쉽게 하기 위해서는, 바람직하게는 0%보다는 많고, 더욱 바람직하게는 0.1%, 가장 바람직하게는 1%를 하한으로 한다.

ZrO₂ 성분은, 원료로서 예를 들면 ZrO₂ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Nb₂O₅ 성분은 굴절률을 높이고 분산을 양호하게 하면서 부분 분산비를 작게 하고, 화학적 내구성 및 내실투성을 개선하는 데에 유효한 필수 성분이다. 그러나, 그 양이 너무 적으면 상기 효과가 불충분하게 되고, 너무 많으면 반대로 내실투성이 나빠지며, 가시광 단파장 영역의 투과율도 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 40%보다 많고, 보다 바람직하게는 41%, 가장 바람직하게는 42%를 하한으로 하여 함유할 수 있고, 바람직하게는 65%, 보다 바람직하게는 60%, 가장 바람직하게는 56%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Nb₂O₅ 성분은, 원료로서 예를 들면 Nb₂O₅ 등을 사용하여 유리에 도입된 다.

Sb₂O₃ 성분은 유리 용융 시의 기포 제거를 위해 임의로 첨가될 수 있지만, 그 양이 너무 많으면 가시광 영역의 다파장 영역에서의 투과율이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 1%, 보다 바람직하게는 0.5%, 가장 바람직하게는 0.2%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

Ta₂O₅ 성분은 굴절률을 높이고, 화학적 내구성 및 내실투성을 개선하는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 반대로 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 12%, 가장 바람직하게는 10%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Ta₂O₅ 성분은, 원료로서 예를 들면 Ta₂O₅ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

WO₃ 성분은 광학 정수를 조정하고, 내실투성을 개선하는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 반대로 내실투성 및 가시광 영역의 단파장 영역의 광선 투과율이 나빠질 뿐 아니라, 부분 분산비가 커진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 12%, 가장 바람직하게는 10%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, WO₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 WO₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

La₂O₃ 성분은 유리의 굴절률을 높이는 데에 유효한 성분이다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워지고, 또한 고분산화가 어려워진다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, La₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 La₂O₃, 질산란탄 또는 그의 수화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Gd₂O₃ 성분은 유리의 굴절률을 높이는 데에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워지고, 또한 고분산화가 어려워진다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Gd₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 Gd₂O₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Yb₂O₃ 성분은 유리의 굴절률을 높이는 데에 유효한 성분이다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성 및 화학적 내구성이 나빠지기 쉬워지고, 또한 고분산화가 어려워진다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Yb₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 Yb₂O₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Y₂O₃ 성분은 유리의 굴절률을 높이는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워지고, 또한 고분산화가 어려워진다. 따라서, 바 람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Y₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 Y₂O₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

ZnO 성분은 유리 전이 온도(Tg)를 낮추고, 화학적 내구성을 개선하는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 10%, 가장 바람직하게는 5%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, ZnO 성분은, 원료로서 예를 들면 ZnO 등을 사용하여 유리에 도입된다.

MgO 성분은 광학 정수의 조정에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 10%, 가장 바람직하게는 5%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

MgO 성분은, 원료로서 예를 들면 MgO 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

CaO 성분은 광학 정수의 조정에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 10%, 가장 바람직하게는 5%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

CaO 성분은, 원료로서 예를 들면 CaO 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

SrO 성분은 광학 정수의 조정에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 10%, 가장 바람직하게는 5%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

SrO 성분은, 원료로서 예를 들면 SrO 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

BaO 성분은 광학 정수의 조정에 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 10%, 가장 바람직하게는 5%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

BaO 성분은, 원료로서 예를 들면 BaO 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Li₂O 성분은 부분 분산비를 작게 하고, 유리 전이 온도(Tg)를 크게 낮출 뿐 아니라, 혼합된 유리 원료의 용융을 촉진시키는 효과가 있고, 본 발명의 조성계에 있어서는 재가열 프레스 성형시의 실투를 억제하는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 급격히 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 15%, 보다 바람직하게는 13%, 가장 바람직하게는 11%를 상한으로 하여 함유할 수 있다. 한편, Li₂O는 임의 성분이므로, 함유하지 않아도 본 발명의 유리를 제조하는 것은 가능하지만, 상기 효과를 발휘하기 쉽게 하기 위해서는, 바람직하게는 0%보다 많고, 더 바람직하게는 0.1%, 가장 바람직하게는 1%를 하한으로 한다.

또, Li₂O 성분은, 원료로서 예를 들면 Li₂O 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산 화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Na₂O 성분은 유리 전이 온도(Tg)를 크게 낮추고, 혼합된 유리 원료의 용융을 촉진시키는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 급격히 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 20%, 보다 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 13%를 상한으로 하여 함유할 수 있다. 한편, Na₂O는 임의 성분이므로, 함유하지 않아도 본 발명의 유리를 제조하는 것은 가능하지만, 상기 효과를 발휘하기 쉽게 하기 위해서는, 바람직하게는 0%보다 많고, 더 바람직하게는 0.1%, 가장 바람직하게는 4%를 하한으로 한다.

또, Na₂O 성분은, 원료로서 예를 들면 Na₂O 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

K₂O 성분은 유리 전이 온도(Tg)를 크게 낮추고, 혼합된 유리 원료의 용융을 촉진시키는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 급격히 나빠지고, 본 발명의 조성계에 있어서는 재가열 프레스 성형시의 실투성이 급격히 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 2% 미만, 보다 바람직하게는 1.5%, 가장 바람직하게는 1%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, K₂O 성분은, 원료로서 예를 들면 K₂O 또는 그의 탄산염, 질산염, 수산화물 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Bi₂O₃ 성분은 굴절률을 높이고, 유리 전이 온도(Tg)를 낮추는 효과가 있다. 그러나, 그 양이 너무 많으면 내실투성이 나빠지기 쉬워지고, 부분 분산비를 크게 한다. 따라서, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Bi₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 Bi₂O₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

TeO₂ 성분은 굴절률을 높이는 효과를 가지는 성분이지만, 백금으로 만든 도가니, 및 용융 유리와 접하는 부분이 백금으로 형성되어 있는 용융조에서 유리 원료를 용융시킬 때, 텔루르와 백금이 합금화되고, 합금을 이룬 곳은 내열성이 나빠지기 쉬우므로, 그 곳에 구멍이 생겨서 용융 유리가 유출되는 사고가 일어날 위험성이 우려된다. 따라서, 바람직하게는 10%를 상한으로 하고, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, TeO₂ 성분은, 원료로서 예를 들면 TeO₂ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

Ga₂O₃ 성분은 굴절률을 높이는 효과를 가지는 성분이지만, 원료가 매우 고가이므로, 바람직하게는 10%를 상한으로 하고, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, Ga₂O₃ 성분은, 원료로서 예를 들면 Ga₂O₃ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

CeO₂ 성분은 내실투성을 개선하는 효과를 가지는 성분이지만, 그 양이 너무 많으면 단파장 영역의 광선 투과율이 나빠지기 쉬워진다. 따라서, 바람직하게는 10%를 상한으로 하고, 보다 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%를 상한으로 하여 함유할 수 있다.

또, CeO₂ 성분은, 원료로서 예를 들면 CeO₂ 등을 사용하여 유리에 도입된다.

한편, 상기 유리 중에 존재하는 각 성분을 도입하기 위해 사용되는 원료는, 예시를 목적으로 기재한 것이며, 상기 열거된 산화물 등에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 유리 제조의 조건의 제반 변경에 적절히 대응시켜 공지의 원료로부터 선택할 수 있다.

본 발명자는, 상기 범위 내의 광학 정수에 있어서, TiO₂ 성분의 함유량과 ZrO₂ 성분, Nb₂O₅ 성분의 합계 함유량의 비를 소정의 값으로 조절함으로써, 부분 분산비(θg, F)가 작은 유리를 얻을 수 있음을 발견했다. 즉, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)의 값이 바람직하게는 0.32 미만, 보다 바람직하게는 0.2, 가장 바람직하게는 0.15를 상한으로 할 수 있다.

또, 본 발명자는, SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, Na₂O의 각 성분의 합계 함유량을 조절함으로써, 고굴절률 고분산 특성을 가지며, 부분 분산비가 작고, 재가열 프레스 성형시의 실투를 억제한 유리를 얻을 수 있음을 발견했다. 즉, SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, Na₂O의 합계 함유량의 값이 바람직하게는 90%보다 많게, 더 바람직하게는 91%, 가장 바람직하게는 84%를 하한으로 할 수 있다.

또한, 원하는 광학 정수를 유지하고, 부분 분산비(θg, F)가 작을 뿐 아니라, 가격이 저렴한 유리를 얻기 위해서는, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)의 값, 및 SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, Na₂O의 합계 함유량의 값을 동시에 상기 소정의 바람직한 범위 내로 하는 것이 좋다.

Lu₂O₃, SnO₂, BeO의 각 성분은 함유시킬 수는 있지만, Lu₂O₃는 고가의 원료이기 때문에 원료비가 높아져서 실제 제조에 있어서는 현실적이 아니며, SnO₂는 백금으로 만든 도가니 및 용융 유리와 접하는 부분이 백금으로 형성되어 있는 용융조에서 유리 원료를 용융할 때 주석과 백금이 합금화되어 합금으로 된 부분은 내열성이 나빠지고, 그 부분에 구멍이 생겨 용융 유리가 유출되는 사고가 일어날 위험성이 우려되며, BeO는 환경에 유해한 영향을 미쳐서, 환경부하(環境負荷)가 매우 큰 성분이라는 문제가 있다. 따라서, 바람직하게는 0.1% 미만, 보다 바람직하게는 0.05%를 상한으로 하여 함유할 수 있고, 가장 바람직하게는 함유하지 않는 것이다.

다음으로, 본 발명의 광학 유리에 함유시킬 수 없는 성분에 대해 설명한다.

납 화합물은 유리의 제조뿐 아니라, 연마 등의 유리의 냉간 가공 및 유리의 폐기에 이르기까지, 환경 대책 상 조치가 필요하게 되어, 환경부하가 큰 성분이라는 문제가 있으므로, 본 발명의 광학 유리에 함유시킬 수 없다.

Al2O3, 카드뮴 및 토륨은 모두 환경에 유해한 영향을 미치므로, 환경부하가 매우 큰 성분이므로, 본 발명의 광학 유리에 함유시킬 수 없다.

또한, 본 발명의 광학 유리에 있어서는, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Eu, Nd, Sm, Tb, Dy, Er 등의 착색 성분은 함유하지 않는 것이 바람직하다. 단, 여기서 말하는 함유하지 않는다는 것은, 불순물로서 혼입되는 경우를 제외하고, 인위적으로 함유시키지 않는다는 것을 의미한다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 각 성분의 함유량의 산화물 기준에서의 표기는, 본 발명의 유리 구성 성분의 원료로서 사용되는 산화물, 복합염, 금속 플루오르화물 등이, 용융시에 전부 분해되어 산화물로 변화된다고 가정한 경우에, 조성물 전체에 대한 각 성분의 당해 생성 산화물의 질량%를 나타내는 것이며, 플루오르화물의 경우는 생성 산화물의 질량에 대한 실제 함유되는 F 원자의 질량을 질량 백분율로 나타낸 것이다.

본 발명의 유리 조성물은, 그 조성이 질량%로 표시되므로, 직접적으로 몰%로 기재하여 나타내는 것은 아니지만, 본 발명에서 요구되는 제반 특성을 충족시키는 유리 조성물 중에 존재하는 각 성분의 몰% 표시에 의한 조성은, 산화물 기준으로, 대략 다음의 값을 갖는다.

SiO₂ 20∼50%,

Nb₂O₅ 10∼30% 이하, 아울러

B₂O₃ 0∼20% 및/또는

GeO₂ 0∼10% 및/또는

Al₂O₃ 0∼10% 및/또는

TiO₂ 0∼15% 및/또는

ZrO₂ 0∼15% 및/또는

WO₃ 0∼10% 및/또는

ZnO 0∼10% 및/또는

SrO 0∼10% 및/또는

Li₂O 0∼40% 및/또는

Na₂O 0∼30% 및/또는

Sb₂O₃ 0∼1%

Gd₂O₃ 0∼10% 및/또는

Y₂O₃ 0∼10% 및/또는

MgO 0∼15% 및/또는

CaO 0∼15% 및/또는

BaO 0∼15% 및/또는

Ga₂O₃ 0∼10% 및/또는

CeO₂ 0∼10% 및/또는

TeO₂ 0∼10% 및/또는

Bi₂O₃ 0∼10%.

다음으로, 본 발명의 광학 유리의 물성에 대해 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 광학 유리는 광학 설계상의 유용성의 관점에서, 굴절률(n_d)이 바람직하게는 1.78, 보다 바람직하게는 1.8, 가장 바람직하게는 1.82를 하한으로 하고, 바람직하게는 1.95, 보다 바람직하게는 1.92, 가장 바람직하게는 1.9를 상한으로 한다.

또, 본 발명의 광학 유리는 광학 설계상의 유용성의 관점에서, 압베수(γ_d)가 바람직하게는 18, 보다 바람직하게는 20, 가장 바람직하게는 22를 하한으로 하고, 바람직하게는 30, 보다 바람직하게는 28, 가장 바람직하게는 27을 상한으로 한다.

또한, 본 발명의 광학 유리는 광학 설계상의 유용성의 관점에서, 부분 분산비(θg, F)가 바람직하게는 0.598, 보다 바람직하게는 0.600, 가장 바람직하게는 0.602를 하한으로 하고, 바람직하게는 0.620, 보다 바람직하게는 0.619, 가장 바람직하게는 0.618을 상한으로 한다.

본 발명의 광학 유리에 있어서는, 유리 전이 온도(Tg)가 너무 높아지면 전술한 바와 같이 정밀 프레스 성형을 행할 경우, 성형 몰드의 열화 등이 일어나기 쉬워진다. 따라서, 본 발명의 광학 유리의 Tg는 바람직하게는 650℃, 보다 바람직하게는 620℃, 가장 바람직하게는 650℃를 상한으로 한다.

또, 굴복점(屈伏点)(At)은 바람직하게는 700℃, 보다 바람직하게는 670℃, 가장 바람직하게는 650℃ 이하로 한다.

본 발명의 광학 유리는 정밀 프레스 성형용 프리폼 재료로서 사용할 수 있다. 프리폼 재료로서 사용할 경우, 그 제조 방법 및 정밀 프레스 성형 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 제조 방법 및 성형 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 용융 유리로부터 직접 프리폼 재료를 제조할 수도 있고, 판 모양으로 성형된 유리를 냉간 가공하여 제조할 수도 있다.

한편, 본 발명의 광학 유리를 이용하여 용융 유리를 적하시켜 프리폼을 제조하는 경우, 용융 유리의 점도는 너무 낮으면 유리 프리폼에 맥리(脈理; striae)가 들어가기 쉬워지고, 너무 높으면 자체 중량과 표면장력에 의한 유리의 절단이 곤란해진다.

따라서, 고품질이면서 안정된 생산을 위해서는, 액상 온도에서의 점도(dPaㆍs)의 대수 logη의 값이 바람직하게는 0.3∼2.0, 보다 바람직하게는 0.4∼1.8, 가장 바람직하게는 0.5∼1.6의 범위이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 관해 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 유리의 실시예(번호 1∼번호 66)의 조성을, 이들 유리의 굴절률(n_d), 압베수(γ_d), 부분 분산비(θg, F), 유리 전이 온도(Tg), 굴복점(At) 및 실 투 시험과 함께 표 1∼표 9에 나타냈다. 표에서, 각 성분의 조성은 질량%로 표시하는 것으로 한다.

또, 비교예의 유리(번호 A∼번호 C)의 조성을, 이들 유리의 굴절률(n_d), 압베수(γ_d), 부분 분산비(θg, F), 유리 전이 온도(Tg), 굴복점(At) 및 실투 시험과 함께 표 10에 나타냈다. 표에서, 각 성분의 조성은 질량%로 표시하는 것으로 한다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[표 9]

[표 10]

표 1∼표 9에 나타낸 본 발명의 실시예의 광학 유리(번호 1∼번호 66)는 산화물, 수산화물, 탄산염, 질산염 등의 통상적 광학 유리용 원료를 표 1∼표 9에 나타낸 각 실시예의 조성의 비율이 되도록 무게를 달고, 혼합하고, 백금 도가니에 투입하여 조성에 의한 용융성에 따라 1,100∼1,400℃에서 3∼5시간 동안 용융, 청징 (淸澄), 교반하여 균질화한 후, 금형 등에 주입하여 서냉함으로써 얻을 수 있었다.

굴절률(n_d) 및 압베수(γ_d)는 서냉 강온(降溫) 속도를 -25℃/시로 하여 얻어진 광학 유리에 대해 측정했다.

부분 분산비(θg, F)는 서냉 강온 속도를 -25℃/시로 하여 얻어진 광학 유리에 대해 C 라인(파장 656.27nm)에서의 굴절률(nC), F 라인(파장 486.13nm)에서의 굴절률(nF), g 라인(파장 435.835nm)에서의 굴절률(ng)을 측정하고, 식: θg, F = (ng-nF)/(nF-nC)에 의해 산출했다.

유리 전이 온도(Tg)는 일본 광학 유리 공업회 규격 JOGISO8-2003(광학 유리의 열팽창의 측정 방법)에 기재된 방법에 따라 측정했다. 단, 시험편으로서 길이 50mm, 직경 4mm의 시료를 사용했다.

굴복점(At)은 상기 유리 전이 온도(Tg)와 동일한 측정 방법으로 측정하고, 유리가 늘어나는 것이 멈추고 수축이 시작되는 온도로 했다.

실투 시험은, 10∼40mm의 크기로 유리 덩어리를 절단한 것을 유리 시료로 하고, 전기로 내에서 소정의 온도까지 1∼3시간에 승온시키고, 소정의 온도에서 30분간 유지한 후, 노 내에서 서냉시켰다. 그 후, 유리 시료를 2면 연마하여 목시(目視) 및 현미경으로 유리 속의 실투를 관찰했다. 관찰 결과, 실투가 없는 것을 ○, 실투가 있는 것을 ×로 표기했다.

표 1∼표 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 광학 유리(번호 1∼66)는 모두 상기 범위 내의 광학 정수(굴절률(n_d) 및 압베수(γ_d))를 가지며, 부 분 분산비(θg, F)가 0.620 이하이고, 660℃의 실투 시험에서 유리 내부에 실투가 발생되어 있지 않다. 또. 유리 전이 온도(Tg)가 650℃ 이하이므로, 정밀 몰드 프레스 성형에 적합하다.

이에 반해, 표 10에 나타내는 조성의 비교예 A∼C의 각 시료에 관해, 상기 실시예와 동일한 조건으로 유리를 제조하고, 동일한 평가 방법에 의해, 제조된 유리를 평가했다. 비교예 A∼B에서 볼 수 있는 바와 같이, 질량%의 비율로, K₂O가 2% 미만인 범위를 벗어나 있으므로, 실투 시험에서 실투가 발생되어 있다. 또, 비교예 C에서 볼 수 있는 바와 같이, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)가 0.32 미만이고, 또한 SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, 및 Na₂O의 합계 함유량이 90%보다 많아야 하는 범위를 벗어나 있으므로, 부분 분산비(θg, F)가 0.620 이하를 만족시키지 못한다. 따라서, 공업적으로 이용할 수 없다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학 유리는 조성이 SiO₂-Nb₂O₅계이고, 또한 질량%의 비율로 Nb₂O₅가 40%보다 많은 유리로서, 굴절률(n_d)이 1.78 이상, 압베수(γ_d)가 30 이하, 부분 분산비(θg, F)가 0.620 이하의 범위인 광학 정수를 가지고 있으므로, 광학 설계상 매우 유용하고, 또 유리 전이 온도(Tg)가 650℃ 이하이기 때문에 정밀 몰드 프레스 성형에 적합하여, 산업상 매우 유용하다.

Claims

굴절률(n_d)이 1.78 이상이고, 압베수(Abbe's number)(γ_d)가 30 이하이며, 부분 분산비(θg, F)가 0.620 이하의 범위인 광학 정수를 가지고, 필수 성분으로서 SiO₂ 및 Nb₂O₅를 함유하며, 질량%의 비율로 Nb₂O₅가 40%보다 많은 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항에 있어서,

산화물 기준의 질량%의 비율로, K₂O가 2% 미만, TiO₂/(ZrO₂+Nb₂O₅)가 0.32 미만이고, 또한 SiO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, SrO, Li₂O, 및 Na₂O의 합계 함유량이 90%보다 많은 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항에 있어서,

산화물 기준의 질량%로,

SiO₂ 10∼40%,

Nb₂O₅ 40%보다 많고 65% 이하, 아울러

B₂O₃ 0∼20% 및/또는

GeO₂ 0∼10% 및/또는

Al₂O₃ 0∼10% 및/또는

TiO₂ 0∼15% 및/또는

ZrO₂ 0∼15% 및/또는

WO₃ 0∼15% 및/또는

ZnO 0∼15% 및/또는

SrO 0∼15% 및/또는

Li₂O 0∼15% 및/또는

Na₂O 0∼20% 및/또는

Sb₂O₃ 0∼1%

의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항에 있어서,

산화물 기준의 질량%로,

Gd₂O₃ 0∼10% 및/또는

Y₂O₃ 0∼10% 및/또는

MgO 0∼15% 및/또는

CaO 0∼15% 및/또는

BaO 0∼15% 및/또는

Ga₂O₃ 0∼10% 및/또는

CeO₂ 0∼10% 및/또는

TeO₂ 0∼10% 및/또는

Bi₂O₃ 0∼10%

의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제3항에 있어서,

산화물 기준의 질량%로,

Gd₂O₃ 0∼10% 및/또는

Y₂O₃ 0∼10% 및/또는

MgO 0∼15% 및/또는

CaO 0∼15% 및/또는

BaO 0∼15% 및/또는

Ga₂O₃ 0∼10% 및/또는

CeO₂ 0∼10% 및/또는

TeO₂ 0∼10% 및/또는

Bi₂O₃ 0∼10%

의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항에 있어서,

유리 전이 온도(Tg)가 650℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 제조되는 렌즈 프리폼 재료.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 제조되는 몰드 프레스 성형용 렌즈 프리폼 재료.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 제조되는 광학 소자.