KR20120026434A - 광학 유리 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 Bi2O3을 함유하는 광학 유리에 있어서, 매우 큰 부분 분산비［θg, F］를 유지하면서, 아베수［νd］가 특징적인 값을 가지는 광학 유리를 제공하는 것이다.
광학 유리는 SiO2 성분 및/또는 B2O3 성분을 함유하고, 산화물 기준의 질량%로 Bi2O3 성분을 40~90% 함유하고, 부분 분산비［θg, F］가 0.63 이상, 아베수［νd］가 27 이하이고, 부분 분산비［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529를 만족한다.

Description

광학 유리{OPTICAL GLASS}
본 발명은 매우 큰 부분 분산비［θg, F］를 가지는 비스무트(bismuth)계 광학 유리에 관한 것이고, 더 상세하게는 부분 분산비［θg, F］가 0.63 이상, 또한 아베수(Abbe's number)［νd］가 27 이하, 또한 부분 분산비［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529의 값을 만족하는 광학 유리에 관한 것이다.
광학 기기의 렌즈계는 통상 다른 광학적 성질을 가지는 복수의 유리 렌즈를 조합하여 설계되고 있다. 근년 들어, 다양화하는 광학 기기의 렌즈계의 설계의 자유도를 더 넓히기 위해, 종래 이용되지 않았던 광학 특성을 가지는 광학 유리가 구면 및 비구면 렌즈 등으로서 이용되게 되었다. 특히, 광학 설계를 행함에 즈음하여, 수차를 작게 하는 목적에 따라, 굴절률이나 분산 경향이 다른 것이 개발되고 있다. 그 중에서 특히 특이한 부분 분산비［θg, F］를 가지는 광학 유리는 수차의 보정에 현저한 효과를 가져오고, 광학 설계의 자유도를 넓히기 때문에 여러 가지의 유리가 개발되고 있다.
단파장역의 부분 분산성을 나타내는 부분 분산비［θg, F］를 식 (1)에 나타낸다.
θg, F=(ng－nF)/(nF－nC)??????(1)
일반적으로 광학 유리는 단파장역의 부분 분산성을 나타내는 부분 분산비[θg, F]와 아베수 [νd] 사이에, 대략 직선적인 반비례의 관계가 있지만, 이 관계로부터 현저하게 벗어나 있는 유리는 이상 분산 유리라고 하고 있다. 이 반비례 관계를 나타내는 직선은, 부분 분산비［θg, F］를 종축에, 아베수［νd］를 횡축에 채용한 직교 좌표 상에서, NSL7과 PBM2의 θg, F, νd를 그린 2점을 잇는 직선으로 표시되어 노멀 라인(normal line)으로 불리고 있다(도 1 참조). 노멀 라인의 기준으로 되는 노멀 유리는 광학 유리 메이커마다 다르지만, 각 메이커 모두 동등한 기울기와 절편을 가지고 있다(NSL7과 PBM2는 주식회사 오하라사제의 광학 유리이고, PBM2의 아베수［νd］는 36.3, 부분 분산비［θg, F］는 0.5828, NSL7의 아베수［νd］는 60.5, 부분 분산비［θg, F］는 0.5436이다). 또, 이상 분산성은 노멀 라인으로부터 종축 방향으로 얼마나 떨어져 있는지가 지표로 되어 있다. 이들 이상 분산 유리 렌즈를 다른 렌즈와 조합하여 이용한 경우, 자외선으로부터 적외선에의 폭넓은 파장 범위에 있어서 색수차를 보정하는 것이 가능하게 된다.
상술과 같은 이상 분산 유리는 여러 가지 문헌에 있어서 개시되어 있다.
특허문헌 1 내지 5에는 부분 분산비［θg, F］의 특이한 값을 가지는 광학 유리가 개시되어 있다. 특허문헌 1~3에는 SiO2－B2O3－ZrO2－Nb2O5계나 SiO2－ZrO2－Nb2O5－Ta2O5계의 광학 유리에 있어서, 아베수［νd］가 28~55인 중분산 영역에 대해서 특이한 작은 부분 분산비［θg, F］를 가지는 광학 유리가 개시되어 있다. 특허문헌 4, 5에는 SiO2－B2O3－TiO2－Al2O3계나 Bi2O3－B2O3계의 유리가 개시되어 있고, 아베수［νd］가 32~55인 중분산 영역에 대해서 특이한 큰 부분 분산비［θg, F］를 가지는 광학 유리가 개시되어 있다. 이들 광학 유리 중에서 가장 부분 분산비［θg, F］가 큰 유리계는 부분 분산비가 0.59 정도인 특허문헌 5의 광학 유리이지만, 이 부분 분산비는 근년의 광학 설계상의 요구를 만족시키기에는 불충분하였다.
일본 특허공개 1998?130033호 공보 일본 특허공개 1998?265238호 공보 WO 01/072650호 공보 일본 특허공개 2003－313047호 일본 특허공개 1997－20530호
본 발명은 이상과 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이고, Bi2O3을 함유하는 광학 유리에 있어서, 매우 큰 부분 분산비［θg, F］를 가지면서, 특징적인 값의 아베수［νd］를 가지는 광학 유리를 제공한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해서 열심히 시험 연구를 거듭한 결과, Bi2O3을 함유하는 광학 유리의 특정 조성 영역에 있어서, 큰 부분 분산비［θg, F］를 가지고, 또한 지금까지 없는 아베수［νd］를 가지는 광학 유리가 얻어진다는 것을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로는 이하와 같은 것을 제공한다.
(1)　SiO2 성분 및/또는 B2O3 성분을 함유하고, 산화물 기준의 질량%로 Bi2O3 성분을 40~90% 함유하고, 부분 분산비［θg, F］가 0.63 이상, 아베수［νd］가 27 이하이고, 부분 분산비［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529를 만족하는 광학 유리.
(2)　산화물 기준의 질량%로 Bi2O3 성분을 64~90% 함유하는 (1) 기재의 광학 유리.
(3)　산화물 기준의 질량%로, Bi2O3 성분의 함유량에 대한 Rn2O 성분(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상)의 함유량의 비가 0.01 이상인 (1) 또는 (2)의 광학 유리.
(4)　산화물 기준의 질량%로 SiO2 0%~20% 이하, 및/또는 B2O3　0%~30% 이하, 및/또는 단, SiO2＋B2O3을 0% 초과하여 함유하고, Rn2O　0% 초과 25% 이하, 및/또는 RO 0%~35% 이하, 및/또는 Bi2O3　64%~90% 이하를 포함하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 광학 유리.
(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상, R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로부터 선택되는 1종 이상)
(5)　K2O 성분을 산화물 기준의 질량%로 0%를 초과하여 함유하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 광학 유리.
(6)　(1) 내지 (5) 중 어느 하나의 광학 유리로 이루어지는 연마 가공용 프리폼(preform) 및/또는 정밀 프레스(press) 성형용 프리폼.
(7)　(6)의 연마 가공용 프리폼을 연마하여 이루어지는 광학 소자.
(8)　(6)의 정밀 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 광학 소자.
본 발명의 광학 유리는 상기 구성 요건을 채용함으로써, 부분 분산비［θg, F］가 0.63 이상, 또한 아베수［νd］가 27 이하, 또한 렌즈계의 설계상 매우 유용한 이상 분산성 유리를 제공할 수 있다.
도 1은 종축이 부분 분산비［θg, F］이고, 횡축이 아베수［νd］인 직교 좌표에 있어서의 노멀 라인(normal line)을 나타낸다.
이하에 본 발명의 광학 유리의 구체적인 실시 형태에 대해서 설명한다.
［유리 성분］
본 발명의 광학 유리를 구성하는 각 성분의 조성 범위를 이하에 기술한다. 각 성분은 산화물 기준의 질량%로 표현한다. 여기서 「산화물 기준」은 본 발명의 유리 구성 성분의 원료로서 사용되는 산화물, 복합염, 금속 불화물 등이 용융시에 모두 분해되어 산화물로 변화한다고 가정한 경우에, 당해 생성 산화물의 질량의 총합을 100질량%로 하여 유리 중에 함유되는 각 성분을 표기한 조성이고, 상기 산화물의 일부 또는 전부를 불화물 치환한 F의 합계량이란, 본 발명의 유리 조성물 중에 존재할 수 있는 불소의 함유율을, 상기 산화물 기준 조성 100%를 기준으로 하여, F 원자로서 계산한 경우의 질량%로 나타낸 것이다.
＜필수 성분, 임의 성분에 대해서＞
Bi2O3 성분은 부분 분산비［θg, F］를 크게 하고, 저분산화에 효과가 있고, 또 저Tg화, 내수성의 향상 등에 효과가 있어, 본 발명의 유리에 빠뜨릴 수가 없는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 결여시키기 쉽고, 너무 적으면 상기 기술적 효과가 얻어지기 어렵게 된다. 따라서, Bi2O3 성분의 함유량은, 바람직하게는 40%, 보다 바람직하게는 45%, 가장 바람직하게는 64%가 하한이고, 바람직하게는 95%, 보다 바람직하게는 90%, 가장 바람직하게는 85%가 상한이다.
SiO2 성분은 투과율의 향상, 유리 안정성의 향상, 저분산화에 효과가 있는 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 부분 분산비［θg, F］를 저하시키기 쉽고, 용융성도 악화시키기 쉽다. 따라서, SiO2 성분의 함유량은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%가 상한이다.
B2O3 성분은 유리의 안정성을 향상시키고, 부분 분산비［θg, F］를 높게 유지하는 효과가 있는 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽고, 또한 저분산화시키기 쉽게 된다. 따라서, B2O3 성분의 함유량은, 바람직하게는 30%, 더 바람직하게는 23%, 가장 바람직하게는 15%가 상한이다.
상기한 바와 같이, SiO2와 B2O3은 각각 임의 성분이지만, 양자 중 적어도 일방은 0%를 초과하여 함유되어 있는 것이 바람직하다. 그렇지만, 그들 함유량의 합이 너무 크면, 소망의 부분 분산비［θg, F］및 아베수［νd］를 얻기 어렵게 된다. 따라서, B2O3과 SiO2의 함유량의 합의 하한은, 바람직하게는 0을 초과하고, 더 바람직하게는 0.5%, 가장 바람직하게는 1%이다. 또, B2O3과 SiO2의 함유량의 합의 상한은, 바람직하게는 50%, 더 바람직하게는 45%, 가장 바람직하게는 35%이다.
Li2O 성분은 유리의 안정성을 향상시키고, 저Tg화에 효과가 있는 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽고, 기계적 강도를 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Li2O 성분의 함유량은, 바람직하게는 25%, 더 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 15%가 상한이다.
Na2O 성분은 그 함유량을 조정함으로써 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］를 조정할 수가 있는 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽고, 화학적 내구성 및 기계적 강도를 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Na2O 성분의 함유량은, 바람직하게는 25%, 더 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 15%가 상한이다. 또, Na2O 성분을 포함하지 않아도 본 발명에 있어서 소망의 광학 특성을 가지는 유리를 제조할 수 있지만, 상기 부분 분산비와 아베수의 조정을 용이하게 하기 위해서는, 바람직하게는 0%를 초과하고, 보다 바람직하게는 1% 이상, 가장 바람직하게는 2% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
K2O 성분은 그 함유량을 조정함으로써 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］를 조정할 수 있는 유용한 임의 성분이다. 알칼리 금속 중에서도 특히 그 효과는 현저하다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽고, 화학적 내구성 및 기계적 강도를 현저하게 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, K2O 성분의 함유량에 대해서는, 바람직하게는 25%, 더 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 15%가 상한이다. 또, K2O 성분을 포함하지 않아도 본 발명에 있어서 소망의 광학 특성을 가지는 유리는 제조할 수가 있지만, 상기 부분 분산비와 아베수의 조정을 용이하게 하기 위해서는, 바람직하게는 0%를 초과하고, 보다 바람직하게는 1% 이상, 가장 바람직하게는 2% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
Rb2O 성분은 그 함유량을 조정함으로써 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］를 조정하기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, Rb2O 성분은 산출량이 적고, 광학 유리의 원료로는 적당하지 않고, 과잉으로 함유하면 다른 알칼리 금속 성분과 마찬가지로 화학적 내구성, 기계적 강도를 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Rb2O 성분의 함유량은, 바람직하게는 25%, 더 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 15%가 상한이다.
Cs2O 성분은 그 함유량을 조정함으로써 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］를 조정하기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 다른 알칼리 금속 성분과 마찬가지로 화학적 내구성, 기계적 강도를 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Rb2O 성분의 함유량은, 바람직하게는 25%, 더 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 15%가 상한이다.
상기와 같이 Rn2O 성분(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상)은, 본 발명의 유리의 특징인 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］를 소망의 값으로 조정하기 위해서 유용한 성분이다. 그렇지만, 그들의 함유량이 너무 많으면, 오히려 소망의 부분 분산비［θg, F］, 아베수［νd］를 실현하기 어려워져 유리 안정성을 현저하게 해친다. 따라서, Rn2O 성분(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로부터 선택되는 1종 이상)의 하한은, 바람직하게는 0을 초과하고, 더 바람직하게는 0.5%, 가장 바람직하게는 1%이다. 또, Rn2O 성분(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로부터 선택되는 1종 이상)의 함유량의 상한은, 바람직하게는 25%, 더 바람직하게는 20%, 가장 바람직하게는 15%이다.
Rn2O 성분(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상)과 Bi2O3 성분의 함유량의 관계는, 본 발명의 특징인 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］의 특이성을 발휘하기 위해서 중요한 요소이다. 특히 Rn2O 성분과 Bi2O3 성분의 비를 소정의 범위 내로 함으로써, 상기 특이성을 발휘하기 쉽게 된다는 것을 이번에 알아냈다. Rn2O3 성분/Bi2O3 성분의 값은, 바람직하게는 0.01, 보다 바람직하게는 0.029, 가장 바람직하게는 0.058이 하한이다. 또, Rn2O3 성분/Bi2O3 성분의 상한은, 바람직하게는 0.5, 보다 바람직하게는 0.2, 가장 바람직하게는 0.16이다.
Y2O3 성분은 유리의 분산을 조정하기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Y2O3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
La2O3 성분은 유리를 저분산화하기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, La2O3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
Gd2O3 성분은 유리의 분산을 조정하기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Gd2O3 성분의 함유량은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%가 상한이다.
Yb2O3 성분은 유리의 분산을 조정하기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Yb2O3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
Al2O3 성분은 유리의 화학적 내구성이나 기계적 강도를 향상시키기 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 용융성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Al2O3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
Ta2O5 성분은 유리 안정성 향상에 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면, 유리 안정성을 저하시키기 쉽고, 또한 비용을 큰 폭으로 상승시킨다. 따라서, Ta2O5 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
Nb2O5 성분은 유리의 부분 분산비［θg, F］를 향상시키는 것에 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Nb2O5 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
WO3 성분은 유리의 부분 분산비［θg, F］를 향상시키고 저Tg화에 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, WO3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
TiO2 성분은 유리를 고분산화시키는 것에 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, TiO2 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
ZrO2 성분은 유리의 화학적 내구성이나 기계적 강도를 향상시키는 것에 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, ZrO2 성분의 함유량은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%가 상한이다.
ZnO 성분은 유리의 내실투성을 향상시키는데 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 소망의 부분 분산비［θg, F］와 아베수［νd］를 얻기 어렵게 된다. 따라서, ZnO 성분의 함유량은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%가 상한이다. 또, ZnO 성분을 함유하지 않아도, 본 발명에 있어서 소망의 광학 특성을 가지는 광학 유리를 제작할 수 있지만, 상기 부분 분산비와 아베수의 조정을 용이하게 하기 위해서는 ZnO 성분의 함유량은, 바람직하게는 0%를 초과하고, 보다 바람직하게는 0.5% 이상, 가장 바람직하게는 1% 이상이다.
MgO 성분은 유리의 저분산화를 위해서 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 유리 안정성을 큰 폭으로 저하시키기 쉽고, 재가열 처리에 의해 실투하기 쉽게 된다. 따라서, MgO 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%이다.
CaO 성분은 유리의 저분산화와 내실투성 향상에 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 내실투성을 큰 폭으로 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, CaO 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%이다.
SrO 성분은 내실투성 향상을 위해 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 내실투성을 큰 폭으로 저하시키기 쉽고, 또 소망의 부분 분산비［θg, F］, 아베수［νd］를 얻는 것이 어렵게 된다. 따라서, SrO 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%이다.
BaO 성분은 내실투성 향상을 위해 유용한 임의 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 소망의 부분 분산비［θg, F］, 아베수［νd］를 얻는 것이 어렵게 된다. 따라서, BaO 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%이다.
RO 성분(R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상)은 내실투성이나 분산, 기계적 강도 등 모든 물성을 조정하기 위해서 유용한 성분이다. 그러나, 그 합계 함유량이 너무 크면 소망의 부분 분산비［θg, F］, 아베수［νd］를 얻는 것이 어렵게 된다. RO 성분의 상한은, 바람직하게는 35%, 보다 바람직하게는 30%, 가장 바람직하게는 25%이다. 한편, RO 성분을 함유하지 않아도 본 발명에 있어서 소망의 광학 특성을 실현하는 것은 가능하지만, 내실투성 향상을 위해서는 RO 성분의 함유량의 하한은, 바람직하게는 0%를 초과하고, 보다 바람직하게는 0.5%, 가장 바람직하게는 1%이다.
GeO2 성분은 유리의 내실투성을 향상시키기 위해서 유용한 임의로 첨가할 수 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 용융성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, GeO2 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%이다.
P2O5 성분은 유리의 투과율을 향상시키기 위해서 유용한 임의로 첨가할 수 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 용융성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, P2O5 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
TeO2 성분은 유리의 청징(淸澄)을 촉진시키는 효과가 있고, 임의로 첨가할 수 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 내실투성을 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, TeO2 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 20%, 더 바람직하게는 15%, 가장 바람직하게는 10%이다.
Sb2O3 성분은 유리의 청징을 촉진시키는 효과가 있고, 임의로 첨가할 수 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 내실투성을 저하시킨다. 따라서, Sb2O3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 3%, 더 바람직하게는 2%, 가장 바람직하게는 1%이다.
CeO2 성분은 유리의 부분 분산비［θg, F］를 크게 하는 효과가 있는 임의로 첨가할 수 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 투과율을 큰 폭으로 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, CeO2 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 3%, 더 바람직하게는 2%, 가장 바람직하게는 1%이다.
Tl2O3 성분은 유리의 부분 분산비［θg, F］나 아베수［νd］를 조정하는 효과가 있는 임의로 첨가할 수 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 투과율을 큰 폭으로 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, Tl2O3 성분의 함유량의 상한은, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 3%이다.
F는 유리의 저분산화, 용융성 향상에 효과가 있는 성분이다. 그렇지만, 그 함유량이 너무 많으면 내실투성을 큰 폭으로 저하시키기 쉽게 된다. 따라서, 상기 산화물의 일부 또는 전부를 불화물 치환한 F의 합계량의 상한이, 상기 산화물 기준 조성 100질량% 기준으로 F 원자로서 계산한 경우의 질량%로 나타낸 경우에, 10%인 것이 바람직하고, 5%인 것이 보다 바람직하고, 1%인 것이 가장 바람직하다. 더 바람직하게는, F가 포함되지 않는다.
＜함유시키지 말아야 할 성분에 대해서＞
본 발명에 있어서는, 다른 성분을 본 발명의 유리의 특성을 해치지 않는 범위에서 필요에 따라 첨가할 수가 있다. 단, Ti를 제외한 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag 및 Mo 등의 각 전이 금속 성분은, 각각을 단독 또는 복합하여 소량 함유한 경우에 있어서도, 유리가 착색되어 가시역의 특정의 파장에 흡수를 일으키게 한다. 따라서, 가시 영역의 파장을 사용하는 광학 유리는, 상기 성분을 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다. 여기서 「실질적으로 포함하지 않는다」란, 불순물로서 혼입되는 경우를 제외하고, 인위적으로 함유시키지 않는 것을 의미한다.
Th 성분은 고굴절률화 또는 유리로서의 안정성 향상을 목적으로 하여, Cd 및 Tl 성분은 저Tg화를 목적으로 하여 함유할 수가 있다. 그러나, Th, Cd, Os의 각 성분은, 근년 들어 유해한 화학 물질 성분으로서 사용을 삼가는 경향이 있기 때문에, 유리의 제조 공정뿐만 아니라, 가공 공정, 및 제품화 후의 처분에 이를 때까지 환경 대책상의 조치가 필요하게 된다. 따라서, 환경상의 영향을 중시하는 경우에는, 본 발명의 유리는 Th 성분을 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.
납 성분은 유리를 제조, 가공, 및 폐기할 때에 환경 대책상의 조치를 강구할 필요가 있기 때문에 비용이 높아져, 본 발명의 유리에 납 성분을 함유시키지 말아야 한다.
As2O3 성분은 유리를 용융할 때, 거품 제거(탈법성)를 좋게 하기 위해서 사용되고 있는 성분이지만, 유리를 제조, 가공, 및 폐기할 때에 환경 대책상의 조치를 강구할 필요가 있기 때문에, 본 발명의 유리에 As2O3을 함유시키는 것이 바람직하지 않다.
본 발명의 유리 조성물의 조성은 질량%로 표시되기 때문에, 직접적으로 mol%로 나타낼 수 있는 것은 아니지만, 본 발명에 있어서 요구되는 제 특성을 만족하는 유리 조성물의 mol% 표시에 의한 조성은, 산화물 환산 기준으로 대체로 이하의 값을 취한다.
Bi2O3　　　　　　20% 이상 및/또는
SiO2　　　　　　 0~15% 및/또는
B2O3　　　　　　 0~30% 및/또는
Al2O3　　　　　 0~15% 및/또는
TiO2　　　　　　 0~15% 및/또는
Nb2O5　　　　　 0~15% 및/또는
WO3　　　　　　 　0~15% 및/또는
Ta2O5　　　　　　 0~15% 및/또는
ZrO2　　　　　　　0~15% 및/또는
ZnO　　　　　　　 0~15% 및/또는
MgO　　　　　　　 0~15% 및/또는
CaO　　　　　　　 0~15% 및/또는
SrO　　　　　　　 0~15% 및/또는
BaO　　　　　　 0~20% 및/또는
Li2O　　　　　　 0~25% 및/또는
Na2O　　　　　　 0~25% 및/또는
K2O　　　　　　　 0~25% 및/또는
Rb2O　　　　　　　0~25% 및/또는
Cs2O　　　　　　　0~25% 및/또는
Y2O3　　　　　　 0~15% 및/또는
La2O3　　　　　　 0~15% 및/또는
Gd2O3　　　　　　　0~15% 및/또는
Yb2O3　　　　　　　0~15% 및/또는
P2O5　　　　　　　 0~15% 및/또는
Sb2O3　　　　　 0~3% 및/또는
GeO2　　　　　 0~20% 및/또는
CeO2　　　　　　　 0~10% 및/또는
TeO2　　　　　　 0~10% 및/또는
F　　　　　　　　　0~10%
본 발명의 태양에 의하면, 부분 분산비［θg, F］가 0.65 이상, 또한 아베수［νd］가 25 이하, 또한 부분 분산비［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529의 식을 만족하는 범위의 광학 성능을 가지는 광학 유리를 얻을 수가 있고, 광학 설계에 있어서의 자유도가 큰 폭으로 넓어진다. 부분 분산비［θg, F］의 바람직한 범위는 0.63 이상이고, 보다 바람직하게는 0.64 이상이고, 가장 바람직하게는 0.65 이상이다. 또한, 이 범위를 하회하면, 광학 성능이 광학 설계상 특징적이라고는 하기 어렵다. 아베수［νd］의 바람직한 범위는 27 이하이고, 보다 바람직하게는 26 이하이고, 가장 바람직하게는 25 이하이다.
또, 각 아베수［νd］에서의 부분 분산비［θg, F］는, 바람직하게는［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529, 보다 바람직하게는［θg, F］≥ －0.0097［νd］＋ 0.8401, 가장 바람직하게는［θg, F］≥ 0.000427 ×［νd］2－ 0.024258 ×［νd］＋ 0.968320을 만족한다.
본 발명의 광학 유리는 정밀 프레스(press) 성형을 함으로써, 전형적으로는 렌즈(lens), 프리즘(prism) 및 미러(mirror)의 용도로 사용할 수가 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 광학 유리는 프레스 성형용의 프리폼(preform)으로서 사용할 수가 있고, 혹은 용융 유리를 다이렉트 프레스(direct press)하는 것도 가능하다. 프리폼으로서 사용하는 경우, 그 제조 방법 및 정밀 프레스 성형 방법은 특히 한정되는 것은 아니고, 공지의 제조 방법 및 성형 방법을 사용할 수가 있다. 프리폼의 제조 방법으로서는, 예를 들면 일본 특허공개 1996－319124호 공보에 기재된 유리 고브(gob)의 성형 방법이나, 일본 특허공개 1996－73229호 공보에 기재된 광학 유리의 제조 방법 및 제조 장치와 같이, 용융 유리로부터 직접 프리폼을 제조할 수도 있고, 또 스트립(strip)재를 연삭 연마 등의 냉간 가공하여 제조해도 좋다.
＜실시예＞
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하에 한정되는 것은 아니다.
표 1~16에 나타내는 실시예 및 비교예의 조성으로, 유리 중량이 400g으로 되도록 원료를 칭량하여, 균일하게 혼합하였다. 석영 도가니, 또는 금 도가니를 이용하여 750℃~950℃에서 2~3시간 용해한 후, 800~650℃ 정도로 내리고, 1시간 정도 보온하고 나서 금형에 부어 유리를 제작하였다. 얻어진 유리 특성을 표 1~16에 나타낸다.
굴절률［nd］, 아베수［νd］, 부분 분산비［θg, F］는 일본 광학유리공업회 규격 JOGIS01?2003에 기초하여 측정하였다. 또한, 어닐(anneal)은 서랭 강하 속도를 －25℃／hr로 하여 서랭로에서 행하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
본 발명의 실시예의 유리는, 부분 분산비［θg, F］가 0.63 이상이고, 아베수［νd］가 27 이하인 특징적인 광학 상수를 가진 광학 유리였다. 비교예의 유리는, 굴절률［nd］가 높은 것도 있지만, 부분 분산비［θg, F］에 있어서의 아베수［νd］의 값은 일반적인 고굴절률 유리의 그것의 영역을 벗어나지 않았다. 즉, 비교예의 광학 유리는 부분 분산비［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529를 만족하지 않고, 본 발명에서 요구되는 것 같은 이상 분산성을 가지는 것은 아니고, 광학 설계상 우위라고는 할 수 없었다.

Claims (8)

  1. SiO2 성분 및/또는 B2O3 성분을 함유하고, 산화물 기준의 질량%로 Bi2O3 성분을 40~90% 함유하고, 부분 분산비［θg, F］가 0.63 이상, 아베수［νd］가 27 이하이고,
    부분 분산비［θg, F］＞ －0.0108 ×［νd］＋ 0.8529를 만족하는 광학 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    산화물 기준의 질량%로 Bi2O3 성분을 64~90% 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    산화물 기준의 질량%로, Bi2O3 성분의 함유량에 대한 Rn2O 성분(Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상)의 함유량의 비가 0.01 이상인 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,　
    산화물 기준의 질량%로,
    SiO2　　　　　　　0%~20% 이하, 및/또는
    B2O3　　　　　　　0%~30% 이하, 및/또는
    단, SiO2 ＋ B2O3　 0% 초과,
    Rn2O　　　　　　　0% 초과 25% 이하, 및/또는
    RO　　　　　　　　0%~35% 이하, 및/또는
    Bi2O3　　　　　　 64%~90% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
    (Rn은 Li, Na, K, Rb, Cs로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상, R은 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로부터 선택되는 1종 이상)
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    K2O 성분을 산화물 기준의 질량%로 0%를 초과하여 함유하는 것을 특징으로 하는 광학 유리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리로 이루어지는 연마 가공용 프리폼 및/또는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
  7. 제6항 기재의 연마 가공용 프리폼을 연마하여 이루어지는 광학 소자.
  8. 제6항 기재의 정밀 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 광학 소자.
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