KR20100107031A - 광학 유리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질량％ 표시로
SiO2 12 내지 40％,
Nb2O5 15％ 이상 42％ 미만,
TiO2 2％ 이상 18％ 미만
(다만, Nb2O5/TiO2가 0.6 초과임),
Li2O 0.1 내지 20％,
Na2O 0.1 내지 15％,
K2O 0.1 내지 25％
를 포함하고, 아베수 νd가 20 내지 30, ΔPg,F가 0.016 이하, 액상 온도가 1200℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
SiO2 12 내지 40％,
Nb2O5 15％ 이상 42％ 미만,
TiO2 2％ 이상 18％ 미만
(다만, Nb2O5/TiO2가 0.6 초과임),
Li2O 0.1 내지 20％,
Na2O 0.1 내지 15％,
K2O 0.1 내지 25％
를 포함하고, 아베수 νd가 20 내지 30, ΔPg,F가 0.016 이하, 액상 온도가 1200℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.
Description
본 발명은 광의로는 광학 유리에 관한 것으로서, 상세하게는 고분산 특성을 갖고, 색수차 보정에 바람직한 광학 유리, 상기 광학 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재 및 광학 소자와 그의 제조 방법 및 광학 소자 블랭크의 제조 방법에 관한 것이다.
색수차의 보정에는, 저분산 유리제 렌즈와 함께 고분산 유리제 렌즈가 필요하다. 이러한 렌즈를 비구면 렌즈화함으로써, 더욱 고성능 또한 컴팩트한 광학계를 실현할 수 있다.
이러한 렌즈를 양산하기 위해서는 유리 전이 온도가 낮은 유리가 요구되고 있고, 그 대표적인 유리로서 인산염 유리가 있다. 기타, 소수이기는 하지만, 일본 특허 공개 제2004-161598호 공보, 국제 특허 재공표 WO2004/110942호 공보 및 일본 특허 공개 제2002-87841호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 실리카계 유리도 제안되어 있다.
촬상 광학계, 투사 광학계 등에서 고차의 색지움을 행하기 위해서는 저분산 유리제 렌즈와 고분산 유리제 렌즈를 조합하여 사용하는 것이 효과적이다. 그러나, 저분산측의 유리재는 부분 분산비가 큰 것이 많기 때문에, 보다 고차의 색수차를 보정하는 경우, 고분산 특성에 추가로, 부분 분산비가 작은 유리를 사용한 렌즈와 조합하는 것이 보다 유효하다. 현재, 고분산의 정밀 프레스 성형용 유리로서 주류로 되어 있는 인산염 유리는 부분 분산비가 커서, 상기 목적에 적합한 유리를 만드는 것이 어렵다.
한편, 일본 특허 공개 제2004-161598호 공보 및 국제 특허 재공표 WO2004/110942호 공보에 개시되어 있는 실리카계 유리는 유리 안정성이 낮아, 균질한 용융 유리를 얻기 위해서 교반하고 있는 동안에 결정이 석출되거나, 용융 유리를 캐스팅하여 유리를 성형할 때에 결정이 석출되는 등, 양산에는 부적합하다.
또한, 일본 특허 공개 제2002-87841호 공보에 개시된 실리카계 유리는 부분 분산비가 커서, 고차의 색지움 재료로서는 개선을 요한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하면서, 고분산 특성을 구비함과 동시에, 고차의 색지움에 바람직하고, 우수한 유리 안정성을 구비한 광학 유리, 상기 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재 및 광학 소자를 제공하는 것, 및 광학 소자 블랭크 및 광학 소자의 각각의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
(1) 질량％ 표시로
SiO2 12 내지 40％,
Nb2O5 15％ 이상 42％ 미만,
TiO2 2％ 이상 18％ 미만
(다만, Nb2O5/TiO2가 0.6 초과임),
Li2O 0.1 내지 20％,
Na2O 0.1 내지 15％,
K2O 0.1 내지 25％
를 포함하고, 아베수 νd가 20 내지 30, ΔPg,F가 0.016 이하, 액상 온도가 1200℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리,
(2) 임의 성분으로서,
B2O3 0 내지 10％,
ZrO2 0 내지 20％,
WO3 0 내지 22％,
CaO 0 내지 17％,
SrO 0 내지 13％,
BaO 0 내지 20％
(다만, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량이 0 내지 25％임),
ZnO 0 내지 13％,
La2O3 0 내지 3％,
Gd2O3 0 내지 3％,
Y2O3 0 내지 3％,
Yb2O3 0 내지 3％,
Ta2O5 0 내지 10％,
GeO2 0 내지 3％,
Bi2O3 0 내지 10％,
Al2O3 0 내지 10％
를 포함하고, Nb2O5 및 TiO2의 합계 함유량이 35 내지 65％, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 1 내지 30％이고, 굴절률 nd가 1.82 이상 1.87 미만인, 상기 (1)항에 기재된 광학 유리,
(3) 임의 성분으로서,
B2O3 0 내지 10％,
ZrO2 0 내지 20％,
WO3 0 내지 20％,
CaO 0 내지 13％,
SrO 0 내지 13％,
BaO 0 내지 20％
(다만, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량이 0 내지 25％임),
ZnO 0 내지 13％,
La2O3 0 내지 3％,
Gd2O3 0 내지 3％,
Y2O3 0 내지 3％,
Yb2O3 0 내지 3％,
Ta2O5 0 내지 10％,
GeO2 0 내지 3％,
Bi2O3 0 내지 10％,
Al2O3 0 내지 10％
를 포함하고, Nb2O5 및 TiO2의 합계 함유량이 35 내지 65％, K2O의 합계 함유량이 0.1 내지 15％, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 1 내지 25％이고, 굴절률 nd가 1.87 내지 1.90인, 상기 (1)항에 기재된 광학 유리,
(4) 외할(外割)로 Sb2O3가 0 내지 2％, SnO2가 0 내지 2％ 첨가되어 있는, 상기 (1)항 내지 (3)항 중 어느 한 항에 기재한 광학 유리,
(5) 부분 분산비 Pg,F가 0.580 내지 0.620인, 상기 (1)항 내지 (4)항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리,
(6) 유리 전이 온도가 600℃ 미만인, 상기 (1)항 내지 (5)항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리,
(7) 상기 (1)항 내지 (6)항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재,
(8) 상기 (1)항 내지 (6)항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 광학 소자,
(9) 상기 (7)항에 기재된 유리 소재를 가열, 연화하여 프레스 성형하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법,
(10) 용융 유리를 프레스 성형형에 공급하여 프레스 성형하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법에 있어서,
상기 (1)항 내지 (6)항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 가열, 용융하여 얻어진 용융 유리를 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법,
(11) 상기 (9)항 또는 (10)항에 기재된 방법으로 제작한 광학 소자 블랭크를 연삭, 연마하는 광학 소자의 제조 방법,
(12) 상기 (7)항에 기재된 프레스 성형용 유리 소재를 가열하고, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법,
(13) 프레스 성형형에 유리 소재를 도입하고, 상기 성형형과 유리 소재를 함께 가열하는, 상기 (12)항에 기재된 광학 소자의 제조 방법,
(14) 유리 소재를 가열하고, 예열한 프레스 성형형에 도입하여 정밀 프레스 성형하는, 상기 (12)항에 기재된 광학 소자의 제조 방법,
을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 고분산 특성을 구비함과 동시에, 고차의 색지움에 바람직하고, 우수한 유리 안정성을 구비한 광학 유리, 상기 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재 및 상기 유리로 이루어지는 광학 소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기 유리로 이루어지는 광학 소자 블랭크의 제조 방법 및 광학 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
[광학 유리]
우선, 본 발명의 광학 유리에 대해서 설명한다.
일반적으로, 고분산 유리는 플러스의 이상 분산을 나타내지만, 고분산 특성을 유지하면서, 부분 분산비 Pg,F를 작게 억제하여, 부분 분산비 Pg,F-아베수(Abbe's number) νd도에 있어서의 표준선(노멀 라인)에 부분 분산 특성을 가깝게 할 수 있으면, 저분산 유리로 이루어지는 렌즈와 조합함으로써 고차의 색수차 보정용으로서 매우 유효한 광학 유리 재료를 제공할 수 있다.
본 발명자들은 이러한 유리 재료의 실현을 위해 부분 분산 특성을 노멀 라인에 가깝게 하는 데 유리한 실리카계 조성을 베이스로 하여, 고굴절률 고분산성을 부여하기 위해서 Nb2O5와 TiO2를 필수 성분으로서 도입하였다.
본 발명자들이 얻은 지견에 기초하면, Nb2O5와 TiO2에서는 Nb2O5 쪽이 부분 분산비를 억제하는 기능이 크다. 따라서, Nb2O5와 TiO2의 비율을 조정하여 부분 분산비를 억제하게 하였다.
다음으로 유리를 재가열, 연화하여 성형할 때의 성형성을 배려하여, 저온연화성을 부여하기 위해서 알칼리 금속 성분을 도입하는데, Li2O, Na2O, K2O 중 어느 하나에 치우쳐 알칼리 금속 성분을 도입하면 유리의 안정성이 급격히 저하되어 버리는 것이 판명되었다. 따라서, Li2O, Na2O, K2O를 유리 성분으로서 공존시키는 것에 의한 혼합 알칼리 효과에 의해서 유리의 안정성을 비약적으로 개선하는 것에 성공하였다.
이러한 지견에 기초하여 각 성분량을 최적화하여 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명의 광학 유리는 질량％ 표시로
SiO2 12 내지 40％,
Nb2O5 15％ 이상 42％ 미만,
TiO2 2％ 이상 18％ 미만
(다만, Nb2O5/TiO2가 0.6 초과임),
Li2O 0.1 내지 20％,
Na2O 0.1 내지 15％,
K2O 0.1 내지 25％
를 포함하고, 아베수 νd가 20 내지 30, 부분 분산비 Pg,F가 0.580 내지 0.620, ΔPg,F가 0.016 이하, 액상 온도가 1200℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학 유리는 굴절률 nd가 예를 들면 1.82 내지 1.90으로 높은 굴절률을 나타내고, 이 유리로 제작한 광학 소자는 광학계의 컴팩트화에 유효하다.
여기서, 부분 분산비 Pg,F는 g선, F선, c선에 있어서의 각 굴절률 ng, nF, nc를 이용하여, (ng-nF)/(nF-nc)로 나타난다.
부분 분산비 Pg,F-아베수 νd 도면에 있어서 정상 부분 분산 유리의 기준이 되는 노멀 라인상의 부분 분산비를 Pg,F(0)로 나타내면, Pg,F(0)은 아베수 νd를 이용하여 다음 식으로 표시된다.
Pg,F(0)=0.6483-(0.0018×νd)
ΔPg,F는 상기 노멀 라인에서의 부분 분산비 Pg,F의 편차이고, 다음 식으로 표시된다.
ΔPg,F=Pg,F-Pg,F(0)
=Pg,F+(0.0018×νd)-0.6483
또한, 본 명세서에 있어서, 특기하지 않는 한 각 성분의 함유량, 합계 함유량은 질량％로 표시함과 함께, 상기 양의 비율도 질량비로 표시한다.
본 발명의 광학 유리는 다음 2개의 양태로 대별된다.
제1 양태는 임의 성분으로서,
B2O3 0 내지 10％,
ZrO2 0 내지 20％,
WO3 0 내지 22％,
CaO 0 내지 17％,
SrO 0 내지 13％,
BaO 0 내지 20％
(다만, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량이 0 내지 25％임),
ZnO 0 내지 13％,
La2O3 0 내지 3％,
Gd2O3 0 내지 3％,
Y2O3 0 내지 3％,
Yb2O3 0 내지 3％,
Ta2O5 0 내지 10％,
GeO2 0 내지 3％,
Bi2O3 0 내지 10％,
Al2O3 0 내지 10％
를 포함하고, Nb2O5 및 TiO2의 합계 함유량이 35 내지 65％, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 1 내지 30％이고, 굴절률 nd가 1.82 이상 1.87 미만인 광학 유리이다.
제2 양태는 제1 양태보다 또한 굴절률이 높은 유리로서, 임의 성분으로서,
B2O3 0 내지 10％,
ZrO2 0 내지 20％,
WO3 0 내지 20％,
CaO 0 내지 13％,
SrO 0 내지 13％,
BaO 0 내지 20％
(다만, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량이 0 내지 25％임),
ZnO 0 내지 13％,
La2O3 0 내지 3％,
Gd2O3 0 내지 3％,
Y2O3 0 내지 3％,
Yb2O3 0 내지 3％,
Ta2O5 0 내지 10％,
GeO2 0 내지 3％,
Bi2O3 0 내지 10％,
Al2O3 0 내지 10％
를 포함하고, Nb2O5 및 TiO2의 합계 함유량이 35 내지 65％, K2O의 합계 함유량이 0.1 내지 15％, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 1 내지 25％이고, 굴절률 nd가 1.87 내지 1.90인 광학 유리이다.
제1 양태, 제2 양태의 각 광학 유리 모두 외할로 Sb2O3를 0 내지 2％, SnO2를 0 내지 2％ 첨가할 수 있다.
상기 각 성분의 기능과 조성 범위의 한정 이유에 대해서 설명한다.
SiO2는 유리의 메쉬 형성 산화물로서, 유리 안정성, 용융 유리의 성형성을 유지하는 데에 있어서 필요한 필수 성분이다. 그 함유량이 12％ 미만이면 유리 안정성이 저하되고, 화학적 내구성이 악화된다. 또한, 용융 유리 성형 시의 유리의 점성이 너무 낮아져서, 성형성이 저하되게 된다. 한편, 그 함유량이 40％를 초과하면 액상 온도, 유리 전이 온도가 상승하고, 내실투성(devitrification)이나 용융성도 악화된다. 또한 소요의 아베수 νd의 실현도 곤란해진다. 따라서, SiO2의 함유량은 12 내지 40％로 한다. SiO2의 함유량의 바람직한 범위는 15 내지 35％, 보다 바람직한 범위는 18 내지 33％, 더욱 바람직한 범위는 20 내지 30％, 한층 바람직한 범위는 22 내지 28％이다.
Nb2O5는 굴절률을 높이고, 액상 온도를 저하시켜 내실투성을 향상시키는 기능을 하는 필수 성분이다. 또한 고굴절률 부여 성분 중에서는 부분 분산 특성을 노멀 라인에 가깝게 하는, 즉, ΔPg,F를 제로에 가깝게 하는 기능을 하는 성분이기도 하다. 그 함유량이 15％ 미만이면 원하는 굴절률을 유지하는 것이 곤란해지는 등의 문제가 생김과 동시에, 부분 분산 특성을 노멀 라인에 가깝게 하는 것이 곤란해진다. 그러나, 그 함유량이 42％ 이상으로 되면, 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, Nb2O5의 함유량은 15％ 이상 42％ 미만으로 한다. Nb2O5의 함유량의 바람직한 하한은 18％, 보다 바람직한 하한은 20％, 더욱 바람직한 하한은 22％, 한층 바람직한 하한은 25％이고, 바람직한 상한은 41.5％, 보다 바람직한 상한은 41％이다.
TiO2는 굴절률을 높이고, 내실투성 및 화학적 내구성의 향상에 유효한 필수 성분이다. 그 함유량이 2％ 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않고, 18％ 이상이면 원하는 아베수 νd를 실현하는 것이 곤란해진다. 따라서, TiO2의 함유량은 2％ 이상 18％ 미만으로 한다. TiO2의 함유량의 바람직한 범위는 제1 양태의 광학 유리에 있어서는 3％ 이상 16％ 미만, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는 2％ 이상 12％ 미만, 보다 바람직한 범위는 제1 양태의 광학 유리에 있어서는 4％ 이상 14％ 미만, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는 3％ 이상 12％ 미만, 더욱 바람직한 범위는 제1 양태에 있어서는 5％ 이상 12％ 미만, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는 4％ 이상 12％ 미만, 한층 바람직한 범위는 제1 양태의 광학 유리에 있어서는 6％ 이상 12％ 미만, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는 5％ 이상 12％ 미만, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는 보다 한층 바람직한 범위가 있어, 6％ 이상 12％ 미만이다.
ΔPg,F를 컨트롤하기 위해서는, TiO2의 함유량에 대한 Nb2O5의 함유량의 비율 Nb2O5/TiO2가 중요한 역할을 한다. 상기 비율이 0.6 이하이면 부분 분산비나 ΔPg,F가 커져, 고차의 색보정 효과가 저하된다. 따라서, TiO2의 함유량에 대한 Nb2O5의 함유량의 비율 Nb2O5/TiO2은 0.6 초과로 한다. 상기 비율 Nb2O5/TiO2의 바람직한 범위는 0.70 이상, 보다 바람직한 범위는 0.80 이상, 더욱 바람직한 범위는 0.90 이상, 한층 바람직한 범위는 1.0 이상이다.
Li2O는 용융성을 향상시키고, 유리 전이 온도를 저하시키는 기능을 한다. Li2O는 알칼리 금속 성분의 중에서도 특히 유리 전이 온도를 저하시키는 기능이 크고, 더구나 비교적 고굴절률을 유지할 수 있는 성분이다. 또한, Na2O나 K2O와의 공존에 의한 혼합 알칼리 효과에 의해서 유리 안정성이 향상된다. Li2O의 함유량이 0.1％ 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않고, 20％를 초과하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, Li2O의 함유량은 0.1 내지 20％로 한다. Li2O의 함유량의 바람직한 범위는 0.1 내지 17％, 보다 바람직한 범위는 0.1 내지 15％이다. 또한, 제1 양태의 광학 유리에 있어서의 Li2O의 함유량의 한층 바람직한 범위는 1 내지 10％, 보다 한층 바람직한 범위는 1 내지 5％이다. 제2 양태에 있어서는, 한층 바람직한 범위는 1 내지 12％, 보다 한층 바람직한 범위는 1 내지 10％이다.
Na2O는 용융성을 향상시키고, 유리 전이 온도를 저하시키는 기능을 한다. 또한, Li2O와 함께 혼합 알칼리 효과에 의해 유리 안정성을 비약적으로 향상시키는 기능도 한다. Na2O의 함유량이 0.1％ 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않고, 15％를 초과하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, Na2O의 함유량은 0.1 내지 15％로 한다. Na2O의 함유량의 바람직한 범위는 0.1 내지 12％, 보다 바람직한 범위는 0.5 내지 10％이다.
제1 양태의 광학 유리에 있어서의 Na2O의 함유량의 더욱 바람직한 범위는 0.5 내지 9％, 한층 바람직한 범위는 0.5 내지 8％이고, 제2 양태의 광학 유리에 있어서의 Na2O의 함유량의 더욱 바람직한 범위는 0.5 내지 7％, 한층 바람직한 범위는 0.5 내지 5％이다.
K2O도 용융성을 향상시켜 유리 전이 온도를 저하시키는 기능을 한다. 또한, Li2O, Na2O와 함께 혼합 알칼리 효과에 의해 유리 안정성을 비약적으로 향상시키는 기능도 한다. K2O의 함유량이 0.1％ 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않고, K2O의 함유량이 25％를 초과하면, 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, K2O의 함유량은 0.1 내지 25％로 한다.
제1 양태의 광학 유리에 있어서의 K2O의 함유량의 바람직한 범위는 0.1 내지 22％, 보다 바람직한 범위는 0.5 내지 20％, 더욱 바람직한 범위는 0.5 내지 17％, 한층 바람직한 범위는 0.5 내지 15％이다.
제2 양태의 광학 유리에 있어서의 K2O의 함유량의 바람직한 범위는 0.1 내지 15％, 보다 바람직한 범위는 0.1 내지 12％, 더욱 바람직한 범위는 0.5 내지 10％, 한층 바람직한 범위는 0.5 내지 7％, 보다 한층 바람직한 범위는 0.5 내지 5％이다.
본 발명의 광학 유리(제1 및 제2 양태의 광학 유리를 포함함)의 아베수 νd는 20 내지 30인데, 내실투성을 보다 양호하게 하면서, 원하는 부분 분산 특성을 실현하는 데에 있어서, 아베수 νd의 바람직한 범위는 21 내지 29, 보다 바람직한 범위는 22 내지 29이다.
본 발명의 광학 유리의 ΔPg,F는 0.016 이하인데, 상기 여러가지 성질을 보다 양호하게 하기 쉽게 하는 데에 있어서, ΔPg,F가 0.015 이하인 것이 바람직하고, 0.014 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.013 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.012 이하인 것이 한층 바람직하다. ΔPg,F의 하한에 특별히 제한은 없지만, 통상은 0 이상, 상기 여러가지 성질을 보다 양호하게 하기 쉽게 하는 데에 있어서 0.001 이상이 바람직하고, 0.002 이상이 보다 바람직하고, 0.005 이상이 더욱 바람직하고, 0.007 이상이 한층 바람직하다.
또한, 상기 여러가지 성질을 보다 양호하게 하기 쉽게 하는 데에 있어서, 부분 분산비 Pg,F를 0.580 내지 0.620로 하는 것이 바람직하다. Pg,F의 보다 바람직한 범위는 0.585 내지 0.620, 더욱 바람직한 범위는 0.590 내지 0.619, 한층 바람직한 범위는 0.595 내지 0.618, 보다 한층 바람직한 범위는 0.600 내지 0.618이다.
본 발명의 광학 유리는 액상 온도가 1200℃ 이하로서 안정성이 우수하다. 액조 온도의 바람직한 범위는 1180℃ 이하, 보다 바람직한 범위는 1160℃ 이하이다.
다음으로 임의 성분에 대해서 설명한다.
B2O3는 유리의 메쉬 형성 산화물로서, 용융성을 향상시키고, 액상 온도를 저하시키는 기능을 하는 외에 저분산성을 실현하는 데에 있어서도 유효한 성분이다. 그러나, 10％를 초과하여 도입하면 굴절률이 저하되고, 화학적 내구성도 악화되기 때문에, B2O3의 함유량은 0 내지 10％로 한다. B2O3의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 8％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 7％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 6％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 5％이다.
ZrO2는 굴절률을 높이고, 화학적 내구성을 개선하는 기능을 한다. 그러나, 그 함유량이 20％를 초과하면 내실투성이 저하되고, 유리 전이 온도가 상승한다. 따라서, ZrO2의 함유량을 0 내지 20％로 한다. ZrO2의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 16％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 14％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 12％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 10％이다.
WO3는 굴절률을 높이고, 액상 온도를 저하시키고, 내실투성을 개선하는 기능을 한다. 그러나, 제1 양태의 광학 유리에 있어서, 그 함유량이 22％를 초과하면, 또한 제2 양태의 광학 유리에 있어서, 그 함유량이 20％를 초과하면, 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 또한 유리의 착색이 강해지기 때문에, 제1 양태의 광학 유리에 있어서는, WO3의 함유량을 0 내지 22％, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는, WO3의 함유량을 0 내지 20％로 한다. 제1 양태의 광학 유리에 있어서, WO3의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 20％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 17％, 더욱 바람직한 범위는 1 내지 15％, 한층 바람직한 범위는 1 내지 12％이다. 제2 양태의 광학 유리에 있어서, WO3의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 17％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 15％, 더욱 바람직한 범위는 1 내지 12％, 한층 바람직한 범위는 1 내지 10％이다.
CaO는 용융성을 개선하고, 광선 투과율을 높이는 기능을 한다. 또한 탄산염 원료나 질산염 원료를 이용하여 유리에 도입함으로써 탈포 효과를 얻을 수도 있다. 그러나, 제1 양태의 광학 유리에 있어서 그 함유량이 17％를 초과하면, 또한 제2 양태의 광학 유리에 있어서, 그 함유량이 13％를 초과하면, 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 또한 굴절률도 저하되기 때문에, 제1 양태의 광학 유리에서는 CaO의 함유량을 0 내지 17％, 제2 양태의 광학 유리에서는 CaO의 함유량을 0 내지 13％로 한다. 제1 양태에 있어서, CaO의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 15％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 12％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 10％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 8％이다. 제2 양태에 있어서, CaO의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 12％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 10％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 7％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 5％이다.
SrO도 용융성을 개선하고, 광선 투과율을 높이는 기능을 한다. 또한 탄산염 원료나 질산염 원료를 이용하여 유리에 도입함으로써 탈포 효과를 얻을 수도 있다. 그러나, 그 함유량이 13％를 초과하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 또한 굴절률도 저하되기 때문에, SrO의 함유량은 0 내지 13％로 한다. SrO의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 12％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 10％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 7％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 5％이다.
BaO도 용융성을 개선하고, 광선 투과율을 높이는 기능을 한다. 또한 탄산염 원료나 질산염 원료를 이용하여 유리에 도입함으로써 탈포 효과를 얻을 수도 있다. 그러나, 그 함유량이 20％를 초과하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 또한 굴절률도 저하되기 때문에 BaO의 함유량은 0 내지 20％로 한다. BaO의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 17％, 제1 양태의 광학 유리에 있어서는, 보다 바람직한 범위는 0 내지 15％이고, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 12％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 10％이다. 제2 양태의 광학 유리에 있어서는 BaO의 함유량의 보다 바람직한 범위는 1 내지 15％, 더욱 바람직한 범위는 2 내지 12％, 한층 바람직한 범위는 3 내지 10％이다.
액상 온도의 상승을 억제하여, 내실투성을 양호화하는 데에 있어서, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량을 0 내지 25％로 하는 것이 바람직하다. CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량의 보다 바람직한 범위는 1 내지 22％, 더욱 바람직한 범위는 2 내지 20％, 한층 바람직한 범위는 3 내지 17％, 보다 한층 바람직한 범위는 5 내지 15％이다.
ZnO도 용융성을 개선하고, 광선 투과율을 높이는 기능을 한다. 또한 탄산염 원료나 질산염 원료를 이용하여 유리에 도입함으로써, 탈포 효과를 얻을 수도 있다. 그러나, 그 함유량이 13％를 초과하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 또한 굴절률도 저하되기 때문에, ZnO의 함유량은 0 내지 13％로 한다. ZnO의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 12％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 10％이고, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 7％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 5％이다.
La2O3, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3는 굴절률을 높이고, 화학적 내구성을 향상시키는 기능을 하는데, 각각 3％를 초과하여 도입하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, La2O3, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3의 각 함유량을 0 내지 3％로 한다. La2O3, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3의 함유량의 바람직한 범위는 모두 0 내지 2％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 더한층 바람직하게는 La2O3, Gd2O3, Y2O3, Yb2O3 모두 도입하지 않는다.
Ta2O5도 굴절률을 높이고, 화학적 내구성을 향상시키는 기능을 하는데, 10％를 초과하여 도입하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, Ta2O5의 함유량을 0 내지 10％로 한다. Ta2O5의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 7％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 5％이다.
GeO2는 메쉬 형성 산화물로서, 굴절률을 높이는 기능도 한다. 그러나, 비싼 성분이기 때문에, GeO2의 함유량은 0 내지 3％, 바람직하게는 0 내지 2％로 한다. GeO2를 도입하지 않는 것이 보다 바람직하다.
Bi2O3는 굴절률을 높임과 동시에, 유리 안정성을 개선하는 기능을 하지만, 10％를 초과하여 도입하면 유리의 착색이 강해지기 때문에, Bi2O3의 함유량은 0 내지 10％, 바람직하게는 0 내지 5％로 한다. 제1 양태의 광학 유리에 있어서는, Bi2O3의 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 4％, 제2 양태의 광학 유리에 있어서는, Bi2O3의 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 3％이다.
Al2O3는 소량이면 유리 안정성 및 화학적 내구성을 개선하는 기능을 하지만, 10％를 초과하여 도입하면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다. 따라서, Al2O3의 함유량은 0 내지 10％, 바람직하게는 0 내지 5％, 보다 바람직하게는 0 내지 3％로 한다.
제1 양태의 광학 유리에 있어서는, Nb2O5와 TiO2의 합계 함유량을 35 내지 65％, 바람직하게는 38 내지 62％, 보다 바람직하게는 40 내지 62％, 더욱 바람직하게는 43 내지 60％, 더한층 바람직하게는 45 내지 58％로 한다.
제2 양태의 광학 유리에 있어서는, Nb2O5과 TiO2의 합계 함유량을 30 내지 60％, 바람직하게는 33 내지 59％, 보다 바람직하게는 35 내지 58％, 더욱 바람직하게는 38 내지 57％, 더한층 바람직하게는 40 내지 55％로 한다.
제1 양태, 제2 양태의 광학 유리 중 어느 것에 있어서도, Nb2O5와 TiO2의 합계 함유량이 너무 적으면 소요의 광학 특성을 실현하는 것이 어려워지고, 상기 합계량이 너무 많으면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다.
제1 양태의 광학 유리에 있어서는, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량을 1 내지 30％, 바람직하게는 2 내지 27％, 보다 바람직하게는 3 내지 25％, 더욱 바람직하게는 4 내지 22％, 더한층 바람직하게는 5 내지 20％로 한다.
제2 양태의 광학 유리에 있어서는, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량을 1 내지 25％, 바람직하게는 2 내지 22％, 보다 바람직하게는 3 내지 20％, 더욱 바람직하게는 4 내지 18％, 더한층 바람직하게는 5 내지 15％로 한다.
제1 양태, 제2 양태의 어느 광학 유리에 있어서도, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 너무 적으면 유리 전이 온도가 상승하고, 용융성도 저하된다. 한편, 상기 합계량이 너무 많으면 액상 온도가 상승하고, 내실투성이 저하된다.
제1 양태의 광학 유리는 굴절률 nd가 1.82 이상 1.87 미만, 바람직하게는 1.82 내지 1.865, 보다 바람직하게는 1.82 내지 1.860으로 고굴절률인데, 본 발명의 광학 유리에 있어서는 비교적 굴절률이 낮다.
한편, 제2 양태의 광학 유리는 굴절률 nd가 1.87 내지 1.90, 바람직하게는 1.87 내지 1.895, 보다 바람직하게는 1.87 내지 1.89로, 본 발명의 광학 유리에 있어서 비교적 굴절률이 높은 유리에 상당한다.
본 발명의 유리는 Lu, Hf와 같은 성분을 함유시키는 것을 필요로 하지 않는다. Lu, Hf도 비싼 성분이기 때문에, Lu2O3, HfO2의 함유량을 각각 0 내지 1％로 억제하는 것이 바람직하고, 각각 0 내지 0.5％로 억제하는 것이 보다 바람직하고, Lu2O3를 도입하지 않는 것, HfO2을 도입하지 않는 것이 각각 특히 바람직하다.
또한, 환경 영향을 배려하여, As, Pb, U, Th, Te, Cd도 도입하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 유리의 우수한 광선 투과성을 살리기 위해서 Cu, Cr, V, Fe, Ni, Co 등의 착색의 요인이 되는 물질을 도입하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 유리에는, 외할로 Sb2O3를 0 내지 2％, SnO2를 0 내지 2％ 첨가할 수 있다. 이들 첨가제는 청징제로서 기능하는 외에, Sb2O3은 Fe 등의 불순물 혼입에 의한 유리의 착색을 억제할 수 있다. Sb2O3, SnO2의 바람직한 첨가량은 각각 외할로 0 내지 1％, 보다 바람직하게는 0 내지 0.5％이다.
본 발명의 유리는 유리 전이 온도가 바람직하게는 600℃ 미만, 보다 바람직하게는 590℃ 이하, 더욱 바람직하게는 580℃ 이하이다. 이와 같이 유리 전이 온도가 낮기 때문에, 정밀 프레스 성형에 바람직한 외에, 유리의 재가열, 연화하여 성형할 때의 성형성도 우수하다. 유리 전이 온도가 상기한 바와 같이 낮기 때문에 성형 시의 가열 온도도 비교적 낮게 억제할 수 있다. 그 때문에, 유리와 프레스 성형형 등의 성형형과의 화학 반응도 발생하기 어렵기 때문에, 청정하고 또한 평활한 표면을 갖는 유리 성형체를 성형할 수 있다. 또한, 성형형의 열화도 억제할 수 있다.
또한, 상기 광학 유리는 목적의 유리 조성이 얻어지도록 원료인 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 수산화물 등을 칭량, 조합하고, 충분히 혼합하여 혼합 배치로 하고, 용융 용기 내에서 가열, 용융하고, 탈포, 교반을 행하여 균질하고 또한 거품을 포함하지 않는 용융 유리를 만들고, 이것을 성형함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는 공지된 용융법을 이용하여 만들 수 있다.
[프레스 성형용 유리 소재]
다음으로 본 발명의 프레스 성형용 유리 소재에 대해서 설명한다.
본 발명의 프레스 성형용 유리 소재는 상기한 본 발명의 광학 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 유리 소재는 프레스 성형에 제공되는 유리 덩어리를 의미한다. 유리 소재의 예로서는, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 광학 소자 블랭크의 프레스 성형용 유리 고브(gob) 등, 프레스 성형품의 질량에 상당하는 유리 덩어리를 나타낼 수 있다.
이하, 유리 소재의 상기 각 예에 대해서 설명한다.
정밀 프레스 성형용 프리폼(이하, 간략히 프리폼이라 하는 경우가 있음)은 가열하여 정밀 프레스 성형에 제공되는 유리 예비 성형체를 의미하는데, 여기서 정밀 프레스 성형이란 주지와 같이 몰드옵틱스 성형이라고도 불리고, 광학 소자의 광학 기능면을 프레스 성형형의 성형면을 전사함으로써 형성하는 방법이다. 또한, 광학 기능면이란 광학 소자에 있어서, 제어 대상의 광을 굴절하거나, 반사하거나, 회절하거나, 입출사시키는 면을 의미하며, 렌즈에 있어서의 렌즈면 등이 이 광학 기능면에 상당한다.
정밀 프레스 성형 시에 유리와 프레스 성형형 성형면과의 반응, 융착을 방지하면서, 성형면을 따라서 유리의 퍼짐이 양호하게 되도록 하기 위해서 프리폼의 표면에 이형막을 피복하는 것이 바람직하다. 이형막의 종류로서는,
·귀금속(백금, 백금 합금)
·산화물(Si, Al, Zr, La, Y의 산화물 등)
·질화물(B, Si, Al의 산화물 등)
·탄소 함유막
을 들 수 있다. 탄소 함유막으로서는, 탄소를 주성분으로 하는 것(막 중의 원소 함유량을 원자％로 나타냈을 때, 탄소의 함유량이 다른 원소의 함유량보다도 많은 것)이 바람직하다. 구체적으로는, 탄소막이나 탄화수소막 등을 예시할 수 있다. 탄소 함유막의 성막법으로서는, 탄소 원료를 사용한 진공증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 공지된 방법이나, 탄화수소 등의 재료 가스를 사용한 열 분해 등의 공지된 방법을 이용하면 된다. 그 밖의 막에 대해서는, 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 졸겔법 등을 이용하여 성막하는 것이 가능하다.
프리폼의 제작은 다음과 같이 하여 행한다.
제1 제작예는 용융 유리로부터 소정 중량의 용융 유리 덩어리를 분리, 냉각하여, 해당 용융 유리 덩어리와 동일한 질량을 갖는 프리폼을 성형하는 방법이다. 예를 들면, 유리 원료를 용융, 청징, 균질화하여 균질한 용융 유리를 준비하고, 온도 조정된 백금 또는 백금 합금제의 유출 노즐 또는 유출 파이프로부터 유출한다. 소형의 프리폼이나 구 형상의 프리폼을 성형하는 경우에는, 용융 유리를 유출 노즐로부터 원하는 질량의 용융 유리 방울로서 적하하고, 그것을 프리폼 성형형에 의해서 받아 프리폼으로 성형한다. 또는, 동일하게 원하는 질량의 용융 유리 방울을 유출 노즐로부터 액체 질소 등에 적하하여 프리폼을 성형한다. 중대형의 프리폼을 제작하는 경우에는, 유출 파이프로부터 용융 유리류를 유하시키고, 용융 유리류의 선단부를 프리폼 성형형으로 받고, 용융 유리류의 노즐과 프리폼 성형형의 사이에 잘록부를 형성한 후, 프리폼 성형형을 바로 아래로 급강하하여, 용융 유리의 표면 장력에 의해서 잘록부에서 용융 유리류를 분리하고, 수납 부재에 원하는 질량의 용융 유리 덩어리를 받아 프리폼으로 성형한다.
흠집, 오염, 주름, 표면의 변질 등이 없는 매끄러운 표면, 예를 들면 자유 표면을 갖는 프리폼을 제조하기 위해서는, 프리폼 성형형 등의 위에서 용융 유리 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키면서 프리폼으로 성형하거나, 액체 질소 등의 상온, 상압 하에서는 기체의 물질을 냉각하여 액체로 한 매체 중에 용융 유리 방울을 넣어 프리폼으로 성형하는 방법 등이 이용된다.
용융 유리 덩어리를 부상시키면서 프리폼으로 성형하는 경우, 용융 유리 덩어리에는 가스(부상 가스라 함)가 불어져서 상향의 풍압이 가해지게 된다. 이 때, 용융 유리 덩어리의 점도가 너무 낮으면 부상 가스가 유리 중에 들어가, 프리폼 중에 거품이 되어 남게 된다. 그러나, 용융 유리 덩어리의 점도를 3 내지 60 dPa·s로 함으로써, 부상 가스가 유리 중에 들어가지 않고, 유리 덩어리를 부상시킬 수 있다.
프리폼에 부상 가스가 분무될 때에 이용되는 가스로서는, 공기, N2 가스, O2 가스, Ar 가스, He 가스, 수증기 등을 들 수 있다. 또한, 풍압은 프리폼이 성형형 표면 등의 고체와 접하지 않고 부상할 수 있으면 특별히 제한은 없다.
프리폼으로부터 제조되는 정밀 프레스 성형품(예를 들면, 광학 소자)은 렌즈와 같이 회전 대칭축을 갖는 것이 많기 때문에, 프리폼의 형상도 회전 대칭축을 갖는 형상이 바람직하다. 구체예로서는, 공 또는 회전 대칭축을 하나 구비하는 것을 나타낼 수 있다. 회전 대칭축을 하나 구비하는 형상으로서는, 상기 회전 대칭축을 포함하는 단면에 있어서 모서리나 오목부가 없는 매끄러운 윤곽선을 갖는 것, 예를 들면 상기 단면에 있어서 단축이 회전 대칭축에 일치하는 타원을 윤곽선으로 하는 것 등이 있고, 공를 편평하게 한 형상(구의 중심을 통과하는 축을 하나 정하고, 상기 축방향으로 치수를 단축한 형상)을 예로 들 수 있다.
프리폼의 제2 제작예는 균질한 용융 유리를 주형에 주입하여 성형한 후, 성형체의 변형을 어닐링에 의해서 제거하고, 절단 또는 할단하여 소정의 치수, 형상으로 분할하여 복수개의 유리편을 제작하고, 유리편을 연마하여 표면을 매끄럽게 함과 함께, 소정의 질량의 유리로 이루어지는 프리폼으로 한다. 이와 같이 하여 제작한 프리폼의 표면에도 탄소 함유막을 피복하여 사용하는 것이 바람직하다.
유리 소재인 광학 소자 블랭크의 프레스 성형용 유리 고브는 연삭, 연마에 의해서 광학 소자로 완성되는 광학 소자 블랭크를 프레스 성형할 때에 사용하는 유리 덩어리이다. 광학 소자 블랭크는 목적으로 하는 광학 소자의 형상에 연삭, 연마에 의해 제거하는 가공 마진을 추가한 형상을 갖는다.
상기 유리 고브의 제작예로서, 균질한 용융 유리를 주형에 주입하여 성형한 후, 성형체의 변형을 어닐링에 의해서 제거하고, 절단 또는 할단하여 소정의 치수, 형상으로 분할하여 복수개의 유리편을 제작하고, 유리편을 배럴 연마하여 유리편의 엣지를 라운딩함과 함께, 광학 소자 블랭크의 질량과 동일해지도록 유리 고브의 질량을 조정한다. 배럴 연마한 고브 표면은 조면이 되어 있고, 프레스 성형에 고브 표면에 도포하는 분말상 이형제가 균일하게 도포되기 쉬운 면으로 되어 있다.
유리 고브의 제2 제작예는 유출하는 용융 유리류의 선단을 고브 성형형으로 받아, 용융 유리류의 도중에 잘록부를 형성한 후, 고브 성형형을 바로 아래로 급강하하여 표면 장력에 의해 잘록부에서 용융 유리를 분리한다. 이렇게 해서 원하는 질량의 용융 유리 덩어리를 고브 성형형 상에 얻고, 이 유리에 가스를 분출하여 상향의 풍압을 가하여 부상시키면서 유리 덩어리로 성형한다. 이렇게 해서 얻은 유리 덩어리를 어닐링하고 나서 배럴 연마하여 원하는 질량의 유리 고브로 한다.
[광학 소자]
다음으로 본 발명의 광학 소자에 대해서 설명한다. 본 발명의 광학 소자는 상기한 본 발명의 광학 유리로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 비구면 렌즈, 구면 렌즈, 또는 평 오목 렌즈, 평 볼록 렌즈, 양 오목 렌즈, 양 볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈 등의 렌즈, 마이크로 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자부 렌즈, 프리즘, 렌즈 기능이 있는 프리즘 등을 예시할 수 있다. 표면에는 필요에 따라서 반사 방지막이나 파장 선택성이 있는 부분 반사막 등을 설치할 수도 있다.
본 발명의 광학 소자는 고분산 특성을 갖는 유리로서 부분 분산비가 작은 유리로 이루어지기 때문에, 다른 유리로 이루어지는 광학 소자와 조합함으로써 고차의 색보정을 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 소자는 굴절률이 높은 유리로 이루어지기 때문에, 촬상 광학계, 투사 광학계 등에 사용함으로써 광학계를 컴팩트화할 수 있다.
[광학 소자 블랭크의 제조 방법]
다음으로 본 발명의 광학 소자 블랭크의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 제1 광학 소자 블랭크의 제조 방법은 상기한 본 발명의 프레스 성형용 유리 소재를 가열, 연화하여 프레스 성형하는 방법이다. 상술한 바와 같이, 유리 소재의 표면에 질화붕소 등의 분말상 이형제를 균일하게 도포하고, 내열성 접시에 얹어 가열 연화로 내에 넣고, 유리가 연화할 때까지 가열한 후, 프레스 성형형에 도입하여 프레스 성형한다. 다음으로 프레스 성형품을 형으로부터 취출하고, 어닐링하여 변형을 제거함과 함께 굴절률 등의 광학 특성이 원하는 값이 되도록 광학 특성의 조정을 행한다.
제2 광학 소자 블랭크의 제조 방법은 용융 유리를 프레스 성형형에 공급하여 프레스 성형하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기한 본 발명의 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 가열, 용융하여 얻어진 용융 유리를 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 우선, 균질화한 용융 유리를 질화붕소 등의 분말상 이형제를 균일하게 도포한 하형 성형면 상에 유출하고, 하단부가 하형에 지지된 용융 유리류를 도중에서 시어(shear)라고 불리는 절단날을 이용하여 절단한다. 이렇게 해서, 원하는 질량의 용융 유리 덩어리를 하형 성형면 상에 얻는다. 다음으로, 용융 유리 덩어리를 얹은 하형을 별도의 위치에 대기하는 상형의 바로 아래에 이송하고, 상형 및 하형으로 용융 유리 덩어리를 프레스하여 광학 소자 블랭크 형상으로 성형한다. 다음으로 프레스 성형품을 형으로부터 취출하고, 어닐링하여 변형을 제거함과 함께 굴절률 등의 광학 특성이 원하는 값이 되도록 광학 특성의 조정을 행한다.
상기 2가지의 제조 방법은 모두 대기 중에서 행할 수 있다. 또한, 성형 조건, 프레스 성형형의 재질, 가열 연화로 및 가열, 연화할 때에 유리 고브를 얹는 접시 등에 대해서는 공지된 조건이나 공지된 것을 사용할 수 있다.
[광학 소자의 제조 방법]
다음으로 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 제1 광학 소자의 제조 방법은 상기한 본 발명의 방법으로 제작한 광학 소자 블랭크를 연삭, 연마하는 것을 특징으로 한다. 연삭, 연마는 공지된 방법을 이용하면 된다.
본 발명의 제2 광학 소자의 제조 방법은 상기 본 발명의 프레스 성형용 유리 소재를 가열하고, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 유리 소재는 프리폼이다.
프레스 성형형 및 프리폼의 가열 및 프레스 공정은 프레스 성형형의 성형면 또는 상기 성형면에 설치된 이형막의 산화를 방지하기 위해서 질소 가스, 또는 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스 등과 같은 비산화성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 비산화성 가스 분위기 중에서는 프리폼 표면을 피복하는 탄소 함유막도 산화되지 않고서, 정밀 프레스 성형된 성형품의 표면에 상기 막이 잔존하게 된다. 이 막은 최종적으로는 제거해야되는 것인데, 탄소 함유막을 비교적 용이하게 게다가 완전히 제거하기 위해서는, 정밀 프레스 성형품을 산화성 분위기, 예를 들면 대기 중에서 가열하면 된다. 탄소 함유막의 산화, 제거는 정밀 프레스 성형품이 가열에 의해 변형하지 않는 온도에서 행해야된다. 구체적으로는, 유리의 전이 온도 미만의 온도 범위에서 행하는 것이 바람직하다.
정밀 프레스 성형에서는, 미리 성형면이 원하는 형상으로 고정밀도로 가공된 프레스 성형형을 이용하는데, 성형면에는 프레스 시의 유리의 융착을 방지하기 위해서 이형막을 형성할 수도 있다. 이형막으로서는 탄소 함유막이나 질화물막, 귀금속막을 들 수 있고, 탄소 함유막으로서는 수소화카본막, 탄소막 등이 바람직하다. 정밀 프레스 성형에서는 성형면이 정밀하게 형상 가공된 대향한 한쌍의 상형과 하형의 사이에 프리폼을 공급한 후, 유리의 점도가 105 내지 109 dPa·s 상당의 온도까지 성형형과 프리폼의 양자를 가열하여 프리폼을 연화하고, 이것을 가압성형함으로써 성형형의 성형면을 유리에 정밀하게 전사한다.
또한, 성형면이 정밀하게 형상가공된 대향한 한쌍의 상형과 하형의 사이에 미리 유리의 점도로 104 내지 108 dPa·s에 상당하는 온도로 승온한 프리폼을 공급하고, 이것을 가압성형함으로써 성형형의 성형면을 유리에 정밀하게 전사할 수 있다.
가압 시의 압력 및 시간은 유리의 점도 등을 고려하여 적절하게 결정할 수 있어, 예를 들면, 프레스 압력은 약 5 내지 15 MPa, 프레스 시간은 10 내지 300초로 할 수 있다. 프레스 시간, 프레스 압력 등의 프레스 조건은 성형품의 형상, 치수에 맞추어서 주지의 범위에서 적절하게 설정하면 된다.
이 후, 성형형과 정밀 프레스 성형품을 냉각하여, 바람직하게는 변형점 이하의 온도가 된 때에, 이형하여, 정밀 프레스 성형품을 추출한다. 또한, 광학 특성을 정밀하게 원하는 값에 맞출 수 있기 때문에, 냉각 시에서의 성형품의 어닐링 처리 조건, 예를 들면 어닐링 속도 등을 적절하게 조정할 수도 있다.
상기 제2 광학 소자의 제조 방법은 이하의 2가지의 방법으로 대별할 수 있다. 제1 방법은 프레스 성형형에 유리 소재를 도입하고, 상기 성형형과 유리 소재를 함께 가열하는 광학 소자의 제조 방법으로서, 면 정밀도, 편심 정밀도 등 성형 정밀도의 향상을 중시한 경우 장려되는 방법이다. 제2 방법은 유리 소재를 가열하고, 예열한 프레스 성형형에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법으로서, 생산성 향상을 중시한 경우에 장려되는 방법이다.
또한, 본 발명의 광학 소자는 프레스 성형 공정을 거치지 않더라도 제작할 수는 있다. 예를 들면, 균질한 용융 유리를 주형에 주입하여 유리 블록을 성형하고, 어닐링하여 변형을 제거함과 함께, 유리의 굴절률이 원하는 값이 되도록 어닐링 조건을 조정하여 광학 특성의 조정을 행한 후, 다음으로 유리 블록을 절단 또는 할단하여 유리편을 만들고, 또한 연삭, 연마하여 광학 소자로 완성함으로써 얻을 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
표 1 및 표 2에 나타내는 유리 조성이 되도록, 각 성분을 도입하기 위한 원료로서 각각 상당하는 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 수산화물 등을 이용하여, 원료를 칭량하고, 충분히 혼합하여 조합 원료로 하고, 이것을 백금 도가니에 넣고, 가열, 용융하였다. 용융 후, 용융 유리를 주형에 유입시키고, 유리 전이 온도 부근까지 방냉하고 나서 즉시 어닐링로에 넣고, 유리의 전이 온도 범위에서 약 1 시간 어닐링 처리한 후, 로 내에서 실온까지 방냉함으로써 유리 No.1 내지 17의 광학 유리를 얻었다. 표 1의 유리 No.1 내지 17은 제1 양태의 유리이고, 표 2의 유리 No.12 내지 17은 제2 양태의 유리이다.
얻어진 광학 유리 중에는 현미경으로 관찰할 수 있는 결정은 석출되지 않았다.
이와 같이 하여 얻어진 광학 유리의 여러 특성을 표 3에 나타내었다.
또한, 광학 유리의 여러 특성은 이하에 나타내는 방법에 의해 측정하였다.
(1) 굴절률 nd, ng, nF, nc 및 아베수 νd
강온 속도 -30℃/시간으로 강온하여 얻어진 유리에 대해서, 일본 광학 유리 공업회 규격의 굴절률 측정법에 의해 굴절률 nd, ng, nF, nc, 아베수 νd를 측정하였다.
(2) 액상 온도 LT
유리를 소정 온도로 가열된 로 내에 넣고 2시간 유지하고, 냉각 후, 유리 내부를 100배의 광학현미경으로 관찰하고, 결정의 유무로부터 액상 온도를 결정하였다.
(3) 유리 전이 온도 Tg
시차 주사 열량계(DSC)에 의해 승온 속도 10℃/분으로서 측정하였다.
(4) 부분 분산비 Pg,F
굴절률 ng, nF, nc로부터 산출하였다.
(5) 부분 분산비의 노멀 라인으로부터의 편차 ΔPg,F
부분 분산비 Pg,F 및 아베수 νd로부터 산출되는 노멀 라인 상의 부분 분산비 Pg,F(0)로부터 산출하였다.
(비교예)
일본 특허 공개 제2004-161598호 공보의 실시예 1 내지 13의 조성이 되도록 동 문헌에 기재되어 있는 방법으로 유리를 용해한 바, 실시예 1, 2에 대해서는 용융물이 교반되는 중에 실투하고, 실시예 4 내지 13에 대해서는 유리화되지 않았다. 실시예 3은 용융물을 주형에 캐스팅하여 유리가 얻어졌지만, 내부에 결정의 석출이 나타났다.
(실시예 2)
실시예 1에서 제작한 각 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 용융, 청징, 균질화하여 용융 유리를 만들고, 백금제의 노즐로부터 용융 유리 방울을 적하하여 프리폼 성형형으로 받고, 풍압을 가하여 부상시키면서 상기 각종 유리로 이루어지는 구 형상의 프리폼으로 성형하였다.
또한, 상기 용융 유리를 백금제 파이프로부터 연속적으로 유출하고, 그 하단부를 프리폼 성형형으로 받고, 용융 유리류에 잘록부를 만든 후, 프리폼 성형형을 바로 아래로 급강하하여 용융 유리류를 잘록부에서 절단하고, 프리폼 성형형 상에 분리한 용융 유리 덩어리를 받고, 풍압을 가하여 부상시키면서 상기 각종 유리로 이루어지는 프리폼으로 성형하였다.
(실시예 3)
실시예 2에서 준비한 용융 유리를 연속적으로 유출하여 주형에 주입하여, 유리 블록으로 성형한 후, 어닐링하고, 절단하여 복수개의 유리편을 얻었다. 이들 유리편을 연삭, 연마하여 상기 각종 유리로 이루어지는 프리폼을 제작하였다.
(실시예 4)
실시예 2에서 준비한 용융 유리를 연속적으로 유출하여 주형에 주입하여, 유리 블록으로 성형한 후, 어닐링하고, 절단하여 복수개의 유리편을 얻었다. 이들 유리편을 배럴 연마하여 상기 각종 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 고브를 제작하였다.
(실시예 5)
실시예 2, 3에서 제작한 프리폼의 표면에 탄소 함유막을 코팅하고, 성형면에 탄소계 이형막을 설치한 SiC 제조의 상하형 및 몸통형을 포함하는 프레스 성형형 내에 도입하고, 질소 분위기 중에서 성형형과 프리폼을 함께 가열하여 프리폼을 연화하고, 정밀 프레스 성형하여 상기 각종 유리로 이루어지는 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 양 볼록 렌즈, 비구면 양 오목 렌즈의 각종 렌즈를 제작하였다.
(실시예 6)
실시예 4에서 제작한 유리 고브의 표면에 질화붕소로 이루어지는 분말상 이형제를 균일하게 도포하고 나서 대기 중에서 가열, 연화하고, 프레스 성형형으로 프레스 성형하여, 구면 볼록 메니스커스 렌즈, 구면 오목 메니스커스 렌즈, 구면 양 볼록 렌즈, 구면 양 오목 렌즈의 각종 렌즈의 블랭크를 제작하였다. 이와 같이 하여 상기 각종 유리로 이루어지는 렌즈 블랭크를 제작하였다.
(실시예 7)
실시예 2에서 준비한 용융 유리를 유출하고, 시어를 이용하여 용융 유리류를 절단하여 용융 유리 덩어리를 분리하고, 프레스 성형형을 이용하여 프레스 성형하여, 구면 볼록 메니스커스 렌즈, 구면 오목 메니스커스 렌즈, 구면 양 볼록 렌즈, 구면 양 오목 렌즈의 각종 렌즈의 블랭크를 제작하였다. 이와 같이 하여 상기 각종 유리로 이루어지는 렌즈 블랭크를 제작하였다.
(실시예 8)
실시예 6, 실시예 7에서 제작한 렌즈 블랭크를 어닐링하여 변형을 제거함과 함께 굴절률을 원하는 값에 맞춘 후, 연삭, 연마하여 구면 볼록 메니스커스 렌즈, 구면 오목 메니스커스 렌즈, 구면 양 볼록 렌즈, 구면 양 오목 렌즈의 각종 렌즈를 제작하였다. 이와 같이 하여 상기 각종 유리로 이루어지는 렌즈를 제작하였다.
(실시예 9)
실시예 2에서 준비한 용융 유리를 유출하고, 주형에 주입하여 유리 블록을 제작하고, 이 블록을 절단, 연삭, 연마하여 각종 구면 렌즈, 프리즘을 제작하였다.
본 발명의 광학 유리는 고분산 특성을 갖고, 고차의 색수차 보정에 바람직한 광학 유리로서, 정밀 프레스 성형용 프리폼 등의 프레스 성형용 유리 소재, 광학 소자 블랭크 및 광학 소자를 제작하는 데 바람직하게 이용된다.
Claims (14)
- 질량％ 표시로
SiO2 12 내지 40％,
Nb2O5 15％ 이상 42％ 미만,
TiO2 2％ 이상 18％ 미만
(다만, Nb2O5/TiO2가 0.6 초과임),
Li2O 0.1 내지 20％,
Na2O 0.1 내지 15％,
K2O 0.1 내지 25％
를 포함하고, 아베수 νd가 20 내지 30, ΔPg,F가 0.016 이하, 액상 온도가 1200℃ 이하인 것을 특징으로 하는 광학 유리. - 제1항에 있어서, 임의 성분으로서,
B2O3 0 내지 10％,
ZrO2 0 내지 20％,
WO3 0 내지 22％,
CaO 0 내지 17％,
SrO 0 내지 13％,
BaO 0 내지 20％
(다만, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량이 0 내지 25％임),
ZnO 0 내지 13％,
La2O3 0 내지 3％,
Gd2O3 0 내지 3％,
Y2O3 0 내지 3％,
Yb2O3 0 내지 3％,
Ta2O5 0 내지 10％,
GeO2 0 내지 3％,
Bi2O3 0 내지 10％,
Al2O3 0 내지 10％
를 포함하고, Nb2O5 및 TiO2의 합계 함유량이 35 내지 65％, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 1 내지 30％이고, 굴절률 nd가 1.82 이상 1.87 미만인 광학 유리. - 제1항에 있어서, 임의 성분으로서,
B2O3 0 내지 10％,
ZrO2 0 내지 20％,
WO3 0 내지 20％,
CaO 0 내지 13％,
SrO 0 내지 13％,
BaO 0 내지 20％
(다만, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량이 0 내지 25％임),
ZnO 0 내지 13％,
La2O3 0 내지 3％,
Gd2O3 0 내지 3％,
Y2O3 0 내지 3％,
Yb2O3 0 내지 3％,
Ta2O5 0 내지 10％,
GeO2 0 내지 3％,
Bi2O3 0 내지 10％,
Al2O3 0 내지 10％
를 포함하고, Nb2O5 및 TiO2의 합계 함유량이 30 내지 60％, K2O의 합계 함유량이 0.1 내지 15％, Li2O, Na2O 및 K2O의 합계 함유량이 1 내지 25％이고, 굴절률 nd가 1.87 내지 1.90인 광학 유리. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 외할로 Sb2O3가 0 내지 2％, SnO2가 0 내지 2％ 첨가되어 있는 광학 유리.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 부분 분산비 Pg,F가 0.580 내지 0.620인 광학 유리.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 전이 온도가 600℃ 미만인 광학 유리.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 프레스 성형용 유리 소재.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 광학 소자.
- 제7항에 기재된 유리 소재를 가열, 연화하여 프레스 성형하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법.
- 용융 유리를 프레스 성형형에 공급하여 프레스 성형하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법에 있어서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 가열, 용융하여 얻어진 용융 유리를 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 블랭크의 제조 방법. - 제9항 또는 제10항에 기재된 방법으로 제작한 광학 소자 블랭크를 연삭, 연마하는 광학 소자의 제조 방법.
- 제7항에 기재된 프레스 성형용 유리 소재를 가열하고, 프레스 성형형을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
- 제12항에 있어서, 프레스 성형형에 유리 소재를 도입하고, 상기 성형형과 유리 소재를 함께 가열하는 광학 소자의 제조 방법.
- 제12항에 있어서, 유리 소재를 가열하고, 예열한 프레스 성형형에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
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