KR100714746B1 - 광학소자의 양산 방법 - Google Patents
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Abstract
고굴절율 유리로 이루어진 광학소자를 높은 생산성으로 양산하는 방법은,
30 이상 40 미만의 아베수 (Abbe's number) (vd) 및 1.84 초과의 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리, 또는 40 ∼ 50 의 아베수 (vd) 및 다음 식 (1)
nd > 2.16 - 0.008 × vd … (1)
을 만족하는 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리로 이루어진 유리 프리폼을, 650 ℃ 보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어진 몰드로 정밀프레스성형함으로써 상기 광학유리로 이루어진 광학소자를 제작하는 공정을 반복하여 이루어진다.
광학소자
Description
도 1 은 본 발명에서 사용되는 광학유리의 굴절율 (nd) 과 아베수 (vd) 의 범위를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에서 사용된 정밀프레스성형 장치의 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 상부주형 2 하부주형
3 슬리브 4 유리 프리폼
11 석영관 12 히터
13 가압봉
본 발명은, 유리 프리폼 (preform) 을 가열 연화시키고 정밀프레스성형함으로써 광학소자를 양산하는 방법에 관한 것이다
광학유리로 이루어진 프리폼 (예비성형체) 을 가열 연화시킨 후, 그것을 고정밀도가공이 가해진 성형표면을 갖는 몰드에 수용하고 프레스성형함으로써, 몰드의 성형표면의 형상이 전사된 광학소자를 제조하는 방법은, "정밀프레스성형"이라고 불린다. 상기 방법은 구면렌즈, 비구면렌즈, 마이크로렌즈 등의 각종 렌즈, 회절격자, 회절격자부의 렌즈, 렌즈 어레이 (lens array), 프리즘 등의 광학소자를 제조하는데 사용되고 있다.
종래, 정밀프레스성형에 사용되는 몰드의 대표적인 예로는, 일본 공개특허공보 평 7-41326 호에 개시된 것처럼, 탄화텅스텐 (WC), 탄화티타늄 (TiC) 또는 질화티타늄 (TiN) 을 주성분으로 하여, 금속을 소결보조재 (바인더) 로서 함유하는 성형재 (mold material) (기반재료) 의 성형표면에 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd) 등을 함유하는 이형막 (mold release film) 을 형성한 것이 있다.
그런데, 상기 몰드의 제조에 사용되는 성형재는 비싸고, 또한 매우 단단하기 때문에, 이 성형재에 연삭, 연마 등의 기계적 가공을 행하여 몰드를 얻기 위해 상당한 시간과 노동을 필요로 한다. 몰드의 성형표면은, 유리 프리폼에 전사되어, 얻어지는 광학소자의 기능표면 (빛을 굴절, 회절, 투과 또는 부분적으로 투과시키는 표면) 이 되기 때문에, 몰드의 성형표면은 조도 (roughness) 가 없는 평활표면이 되어야 한다. 그러한 성형표면의 정밀가공은 매우 곤란하다.
또한, 고온에서 프레스성형 작업을 계속하는 동안, 상기 귀금속함유 이형막이 긁히거나 벗겨지게 되면, 일단 이형막을 제거한 후, 새로운 이형막을 제공해야 하므로, 상당한 시간이 소요되고 많은 문제가 발생한다.
따라서, 정밀프레스성형에 사용하는 몰드는 일단 제작된 후에는 가능한 한 오랜 기간동안 사용가능한 것이 바람직하다.
그러나, 일본 공개특허공보 평 7-41326 호에 개시된 WC계, TiC계 또는 TiN계 성형재의 성형표면에 귀금속함유 이형막을 형성함으로써 얻어진 몰드는 비교적 내열성이 작다. 성형되는 유리가 유리전이온도 및 굴복점 (sag temperature) 이 높기 때문에 고온에서 연화되는 광학유리인 경우, 그 유리를 650 ℃ 이상의 고온에서 정밀프레스성형을 반복하면, 몰드, 특히 몰드의 성형표면의 이형막이 손상되어, 긁히거나 벗겨지고 또는 서리가 낄 수 있어서, 프레스성형으로 소정의 표면정밀도를 갖는 광학소자를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
몰드의 수명을 증가시키기 위해서, 정밀프레스성형에 사용되는 유리는 저온에서 프레스성형이 가능한 저온연화성을 가져야 한다.
한편, 최근에는 광학설계의 자유도를 증가시키기 위해서, 고굴절율을 갖는 광학유리재료가 요구되고 있다.
이러한 고굴절율 유리로 이루어진 광학소자를 정밀프레스성형으로 제조하기위해서, 저온연화성과 고굴절율을 겸비하는 유리재료가 필요하다.
그러나, 저온연화성과 고굴절율을 갖는 종래의 유리는, 저온연화성을 부여하기 위해서 비교적 많은 양의 알칼리금속 산화물을 함유하고, 또한 유리를 형성하기 위해서 최소한의 B2O3 등의 골격형성성분 (glass-network-structure-forming components) 을 함유하고 있다. 이들 알칼리금속 산화물과 골격형성성분은 일반적으로 고굴절율 부여에 대한 기여가 비교적 작다. 그러므로, 더 높은 굴절율을 갖는 정밀프레스성형용 유리를 제작하기 위해서는 고굴절율 성분의 함량을 증 가시켜야 한다. 그러나, 유리에 저온연화성을 부여하는 성분이 다량 포함된 조성에서 고굴절율부여 성분의 함량을 증가시키기는 곤란하다.
저온연화성 부여성분의 함량을 감소시키고 고굴절율 부여성분의 함량을 증가시키면, 유리가 저온에서 연화되기 어렵게 되어, 그러한 유리의 정밀프레스성형을 고온에서 실시해야 하므로, 전술한 바와 같은 몰드의 손상의 문제가 야기된다.
이러한 상황에서, 매우 고굴절율을 갖는 유리를 사용하여 정밀프레스성형에 의해 안정적으로 광학소자를 양산하는 것은 곤란했다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것이고, 본 발명의 목적은 고굴절율 유리로 이루어진 고정밀도 광학소자를 정밀프레스성형에 의해 높은 생산성으로 양산하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위해, 본 발명은 하기의 (1) 내지 (7) 을 제공한다.
(1) 30 이상 40 미만의 아베수 (Abbe's number) (vd) 및 1.84 초과의 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리, 또는 40 ∼ 50 의 아베수 (vd) 및 다음 식 (1)
nd > 2.16 - 0.008 × vd … (1)
을 만족하는 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리로 이루어진 유리 프리폼을, 650 ℃ 보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어진 몰드로 정밀프레스성형함으로써 상기 광학유리로 이루어진 광학소자를 제작하는 공정을 반복하여 광학소자를 양산하는 방법.
(2) 30 이상 40 미만의 아베수 (vd) 및 1.84 초과의 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리, 또는 40 ∼ 50 의 아베수 (vd) 및 다음 식 (1)
nd > 2.16 - 0.008 × vd … (1)
을 만족하는 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리로 이루어진 유리 프리폼을,
탄화규소, 질화규소, 산화크롬, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 또는 탄화텅스텐 (금속계 바인더를 포함하지 않은 것) 중에서 선택된 어느 하나의 성형재로 이루어지고 또한 성형표면에 이형막이 형성되어 있는 몰드로 정밀프레스성형함으로써 상기 광학유리로 이루어지는 광학소자를 제작하는 공정을 반복하여, 광학소자를 양산하는 방법.
(3) 상기 (2) 에 기재된 광학소자 양산 방법에 있어서, 상기 이형막이 탄소함유막인 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
(4) 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 광학소자의 양산 방법에 있어서, 정밀프레스성형되는 프리폼의 표면에 융착방지막 (adhesion-preventing film) 이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
(5) 상기 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 광학소자의 양산 방법에 있어서, 상기 광학유리가 필수성분으로서 B2O3 및 La2O3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
(6) 상기 (5) 에 기재된 광학소자의 양산 방법에 있어서, 상기 광학유리가 Gd2O3 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
(7) 상기 (5) 또는 (6) 에 기재된 광학소자의 양산 방법에 있어서, 상기 광 학유리가 ZnO 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
먼저, 본 발명의 광학소자의 양산 방법에 사용되는 유리 프리폼을 위한 재료인 광학유리를 이하에서 설명한다.
본 발명에 있어서, 정밀프레스성형을 위해 사용되는 유리 프리폼을 구성하는 유리는 30 ∼ 50 의 아베수 (vd) 를 갖는 광학유리이지만, 아베수 (vd) 와 굴절율 (nd) 의 범위에 의해 이하와 같은 2종류의 유리로 분류할 수 있다.
제 1 유리는 30 이상 40 미만의 아베수 (vd) 와 1.84 초과의 범위인 굴절율 (nd) 을 갖는 유리이고, 제 2 유리는 40 ∼ 50 의 아베수 (vd) 와 다음 식 (1) 으로 표현되는 범위의 굴절율 (nd) 을 갖는 유리이다.
nd > 2.16 - 0.008 × vd … (1)
제 1 유리는 매우 큰 범위의 굴절율 (nd) 을 가지므로, 유리의 안정성을 손상하지 않으면서 통상의 프레스몰드를 사용하여 정밀프레스성형을 하는 것이 일반적으로 어려운 유리이다.
일반적으로, 30 이상의 아베수 (vd) 와 고굴절율을 갖는 유리는, 굴절율 (nd) 이 일정한 경우 아베수 (vd) 가 작을수록 비교적 큰 안정성을 얻을 수 있고, 아베수 (vd) 가 증가할수록 안정한 유리를 얻는 것은 어려워진다. 그러므로, 아베수가 큰 제 2 유리도, 제 1 유리와 같이, 유리의 안정성을 손상시키지 않으면서 통상의 프레스몰드로 정밀프레스성형하기는 곤란하다.
도 1 은 제 1 유리와 제 2 유리가 갖는 아베수와 굴절율의 범위를 보여준다. 도 1 에 있어서, (A) 로 표시된 사선부분이 제 1 유리의 아베수와 굴절율의 범위를 나타내고, (B) 로 표시된 사선부분이 제 2 유리의 아베수와 굴절율의 범위를 나타낸다(흰 바탕부분과 사선부분 사이의 경계는 제외).
본 발명의 제 1 유리 및 제 2 유리에 속하는 유리의 예로는, B2O3 및 La2O3 를 포함하는 조성을 갖는 유리가 있다. 이들 성분은, 20 ∼ 60 몰%의 B2O3 와 5 ∼ 22 몰%의 La2O3 를 함유하도록 도입되는 것이 바람직하다.
또한, B2O3-La2O3 함유 유리의 안정성을 손상시키지 않고서 상기 유리에 고굴절율을 부여하기 위해서는, Gd2O3 를 도입하는 것이 바람직하다. Gd2O3 는 La2O3 와 함께 고굴절율을 부여하는 성분이고, La2O3 와 공존하면 유리의 안정성을 향상시키는 성분이기도 하다. Gd2O3 의 함량은 1 ∼ 20 몰%가 바람직하다.
상기 조성에 도입되는 성분으로서 ZnO 도 또한 바람직하다. ZnO 는 알칼리금속 산화물처럼 저온연화성을 부여하는 성분이지만, 굴절율과 유리안정성을 용이하게 저하시키지 않는 성분이다. ZnO 의 함량은 5 ∼ 30 몰%가 바람직하다.
상기 유리의 조성은,
20 ∼ 60 몰%의 B2O3,
5 ∼ 22 몰%의 La2O3,
1 ∼ 20 몰%의 Gd203,
5 ∼ 30 몰%의 Zn0,
0 ∼ 10 몰%의 Si02,
0 ∼ 6.5 몰%의 Zr02,
0 ∼ 10 몰%의 Li2O,
0 ∼ 5 몰%의 Na20,
0 ∼ 5 몰%의 K2O,
0 ∼ 10 몰%의 Mg0,
O ∼ 1O 몰%의 CaO,
O ∼ 1O 몰%의 SrO,
0 ∼ 10 몰%의 BaO,
0 ∼ 10 몰%의 A12O3,
0 ∼ 10 몰%의 Y2O3,
0 ∼ 10 몰%의 Yb2O3,
0 ∼ 8 몰%의 Ti02,
O ∼ 8 몰%의 Ta2O5,
0 ∼ 8 몰%의 Nb205,
0 ∼ 8 몰%의 W03,
0 ∼ 8 몰%의 Bi2O3, 및
0 ∼ 1 몰%의 Sb203 를 포함하는 것이 바람직하다.
PbO 는 환경에 해로운 영향을 미칠 수 있는 물질이고, 정밀프레스성형시 환원되어 금속 납으로서 유리표면에 석출되어, 금속 납이 프레스몰드에 부착하여 성형표면의 정밀도를 저하시키기 때문에, PbO 를 도입하지 않는 것이 바람직하다.
As2O3 도 청정제 (refining agent) 로서 사용될 수 있지만, As2O3 는 환경에 해로운 영향을 미칠수 있고, 정밀프레스성형시 프레스몰드의 성형표면을 산화시켜 손상을 줄 수 있는 물질이기 때문에, As2O3 를 도입하지 않는 것이 바람직하다.
F 는 본 발명의 목적을 손상시키지 않은 한 도입될 수 있다. 그러나, F 는 유리의 굴절율을 저하시키고, 프리폼을 성형할 때 고온의 유리로부터 휘발하여 맥리(脈理, striae)발생의 원인이 되기 때문에, F 를 도입하지 않는 것이 바람직하다.
또한, Lu2O3 등의 성분도 도입될 수 있다. 그러나, 값은 비싸지만 효과가 비교적 적기 때문에, 그러한 성분을 도입할 필요는 없다.
상기한 점들을 고려하면, B2O3, La2O3, Gd203, Zn0, Si02, Zr02, Li2O, Na20, K2O, Mg0, CaO, SrO, BaO, A12O3, Y2O3, Yb2O3, Ti02, Ta2O5, Nb205, W03, Bi2O3, 및 Sb203 의 총 함량은 95% 이상이 바람직하고, 98% 초과하는 것이 더 바람직하며, 99% 초과하는 것이 보다 더 바람직하고, 100% 로 하는 것이 가장 바람직하다.
유리의 안정성 향상은 프리폼을 용융유리로부터 형성할 때의 실투 (失透, devitrification) 방지뿐만 아니라, 정밀프레스성형시의 결정석출을 방지하기 위해서도 필요하다. 프레스성형온도가 높아지면, 프레스성형시의 실투의 위험이 커진다. 안정성이 큰 유리를 사용하면, 프레스성형온도가 높더라도 실투를 방지하면서 고정밀도의 광학소자를 제조할 수 있다.
유리의 안정성은 유리의 액상온도 (liquidus temperature) 의 고저에 의해 나타낼 수 있다. 프리폼 성형 동안, 특히 유출하는 용융유리로부터 프리폼 1개분의 용융유리 덩어리를 분리한 후 그 용융유리 덩어리를 냉각하는 과정에서 프리폼을 성형할 때(용융유리 덩어리로부터 직접 프리폼을 성형할 때), 실투를 방지하기 위해, 액상온도가 1050 ℃ 이하인 유리를 사용하는 것이 바람직하고, 액상온도가 1030 ℃ 이하인 유리를 사용하는 것이 더 바람직하다.
프리폼을 제조하기 위해 유리를 용융상태에서 몰드내에 부어 넣고, 유리판이나 유리블록 등의 성형체로 성형한 후, 그 성형체에 절단, 연삭, 연마 등의 기계적 가공이 가해지는 한, 유리는 1200 ℃ 까지의 액상온도를 가질 수 있다. 그러나, 액상온도에서의 점성은 2 dPa·s 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 유리는, 프레스성형온도를 최대한 낮게 하기 위해서 680 ℃ 이하의 굴복점을 갖는 것이 바람직하다.
그러나, 상기 광학 상수 (optical constant) 를 유지하면서 굴복점을 지나치게 감소시키면, 유리안정성이 손상되기 때문에, 굴복점을 590 ℃ 이상으로 제한하는 것이 바람직하고, 600 ℃ 초과로 제한하는 것이 더 바람직하다. 굴복점의 상한으로서, 760 ℃를 표준으로 채용할 수 있다.
다음으로, 상기 광학유리로 이루어진 프리폼의 제작 방법을 설명한다.
본 발명에 있어서 정밀프레스성형에 사용되는 유리 프리폼은 공지된 방법으로 제작될 수 있다. 공지된 방법의 예로는, 용융유리를 몰드에 주입한 후 냉각시켜 유리블록을 형성하고, 그 유리블록을 절단, 연삭, 연마 등의 기계적 가공을 행하여, 표면이 평활하고 또한 중량이 정밀프레스성형품의 목적중량과 같은 프리폼을 성형하는 방법 (이하, "냉간가공법"이라 함), 용융유리를 파이프로부터 유출시키고, 상기 목적중량과 동일한 중량을 갖는 유리덩어리 형태로 적하하는 방법(이하, "적하법"이라 함), 용융유리를 파이프로부터 연속하여 유출시키고, 용융유리유동의 하단부를 지지부재로 직접 또는 가스를 내뿜어 풍압을 가하는 것에 의해 지지하고, 용융유리유동의 도중에 잘록한 부분을 형성하여, 상기 잘록한 부분의 하방에 위치한 용융유리를 분리하여 상기 목적중량을 갖는 용융유리 덩어리를 얻어, 그 유리 덩어리를 성형하는 방법 (이하, "층류성형법"이라 함), 및 상기 층류성형법에 있어서 지지부재를 하강시킴으로써, 잘록한 부분의 하방에 위치한 용융유리를 분리하는 방법 (이하, "강하절단법"이라 함) 등이 있다.
상기 적하법, 층류성형법 및 강하절단법은 열간 프리폼 성형법이라고 부른다. 열간 프리폼 성형법과, 용융유리 덩어리에 풍압을 가하여 부상 (float) 또는 거의 부상시킨 상태에서 용융유리 덩어리를 성형하는 방법 ("부상성형법"이라 함) 을 채용하면, 표면이 평활하고 연삭흔적이 없는 유리 프리폼을 제작할 수 있다.
유리 프리폼은 프레스성형품의 형상에 따라 적당한 형상을 갖도록 성형되고, 그 형상의 예로는, 구상, 회전타원체상 등이 있다.
상기 회전타원체형상을 포함하는 유리 프리폼의 형상은 하나의 회전대칭축을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 하나의 회전대칭축을 갖는 형상으로는, 단면에 있어서 단축이 회전대칭축과 일치하는 타원을 윤곽선으로 갖는 프리폼과 같이, 상기 회전대칭축을 포함하는 상기 단면에 있어서 코너 (corner) 나 흠 (dent) 이 없는 매끄러운 윤곽선을 갖는 것이 있다. 또한, 상기 단면에 있어서 프리폼의 윤곽선상의 임의의 점과 회전대칭축상에 있는 프리폼의 무게중심을 연결한 선과 상기한 윤곽선상의 점에서 윤곽선에 접하는 접선 사이의 각도 중 하나를 θ 로 하고, 상기 점이 회전대칭축상에서 출발하여 윤곽선을 따라 이동할 때, 각도 θ 가 90°에서부터 단조증가한 후 단조감소하고, 그리고나서, 단조증가하여 윤곽선이 회전대칭축과 교차하는 타방의 점에서 90°가 되는 것이 바람직하다.
또한, 고온의 유리는 보다 높은 반응성을 나타내기 때문에, 유리 프리폼의 표면, 바람직하게는 전체 표면에 융착방지막을 형성하는 것이 바람직하다. 융착방지막의 예로는, 탄소함유막, 자기조직화막 (self-organizing film) 등이 있는데, 탄소함유막이 바람직하다. 탄소함유막은 원자비로 50 % 초과의 탄소 함량을 갖는 것이 바람직하고, 수소화탄소막이나 탄소막이 더 바람직하다. 수소화탄소막은 아세틸렌을 사용한 CVD 법에 의해 형성될 수 있고, 탄소막은 증착법에 의해 형성될 수 있다. 이들 융착방지막은 융착방지 기능뿐만 아니라, 프레스성형 동안 유리와 성형표면 사이의 윤활성을 향상시키는 기능도 한다.
유리 프리폼에 형성되는 융착방지막은 나중에 설명하는 몰드의 성형재가 탄화규소인 경우와 산화지르코늄인 경우에 탄소막인 것이 바람직하다.
유리 프리폼에 형성된 융착방지막의 산화를 방지하기 위해, 가열 또는 고온상태에 있어서, 질소가스나 질소와 수소의 혼합가스를 포함하는 비산화성 분위기에서 유리 프리폼을 취급하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 유리 프리폼을 정밀프레스성형하여 광학소자를 얻기 위한 프레스몰드를 설명한다.
본 발명에 있어서, 정밀프레스성형에 사용하는 프레스몰드는, 650 ℃ 보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어지고, 바람직하게는 660 ℃ 초과, 더 바람직하게는 680 ℃ 초과의 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 650 ℃ 보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료란, 650 ℃의 프레스온도에서 반복 정밀프레스성형하여 광학소자를 양산하는 것이 가능한 재료를 의미한다("양산"의 의미는 후술한다). 프레스몰드가 이형막을 구비하고 있는 경우, 이형막의 내열성을 포함해서 상기 재료의 내열성이 고려된다.
상기한 프레스몰드의 성형재료는, 경질 세라믹 재료가 있으며, 그 예로는 탄화규소, 질화규소, 산화크롬, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 탄화텅스텐(금속계바인더를 포함하지 않은 것)이 있다. 이들 중에서, 탄화규소와 산화지르코늄이 바람직하고, 탄화규소가 보다 바람직하며, CVD 법에 의해 제조된 탄화규소가 특히 바람직하다. 상기 경질 세라믹 재료를 사용함으로 인해, 650 ℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어진 프레스몰드를 제공할 수 있다.
종래 널리 사용되고 있는 Co 바인더 (금속계바인더의 일종) 를 포함하는 WC 등의 초경질 재료에 있어서, 금속계바인더가 300℃ 부근에서 산화하기 시작하여, 600℃ 부근에서 강도가 저하되고, 700℃ 부근에서 CO 가스와 산소가스를 발생시키므로, 상기 재료는 내열성이 불량하여 본 발명의 방법에 사용될 수 없다. 이것 이외에도, Ni 또는 Cr 과 같은 금속계바인더를 포함하는 초경질 재료도 또한 부적당하다.
더욱이, 본 발명에 있어서, 종래의 온도보다 높은 온도, 예를 들어 650℃ 이상의 온도에서 프레스성형을 실시하기 때문에, 몰드의 성형재가 높은 내열성을 갖는 것뿐만 아니라, 매우 높은 온도의 유리가 성형재와 반응하여 성형재에 융착되지 않도록 하기 위해, 650℃보다 높은, 바람직하게는 660℃ 초과, 더욱 바람직하게는 680℃ 초과의 온도에 대한 내열성을 갖는 이형막을 몰드의 성형표면에 형성하는 것이 바람직하다
상기 이형막은 탄소함유막이 바람직하고, 탄소 함량이 원자비로 50% 초과하는 막이 더욱 바람직하며, 경질 탄소막이 특히 바람직하다.
경질 탄소막은 다이아몬드형 구조를 가지며 경도가 높고, 비산화성 분위기에서 높은 내열성을 나타낸다. 이형막의 산화를 방지하기 위해, 비산화성 분위기에서, 예를 들어 질소가스나 질소와 수소의 혼합가스로 채워진 공간에서 프레스몰드를 취급하는 것이 바람직하고, 상기 분위기에서 정밀프레스성형을 실시하는 것이 바람직하다.
프레스몰드의 성형재와 이형막의 바람직한 조합으로는, 탄화규소 성형재와 탄소함유막의 조합 또는 산화지르코늄 성형재와 탄소함유막의 조합이 있다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 정밀프레스성형을 설명한다.
본 발명에 있어서, 상기 유리 프리폼이 상기 몰드내에 도입되어, 고온하에서 프레스성형 (가압) 된다. 본 발명의 프레스성형온도는, 종래의 정밀프레스성형에서 채용되던 프레스성형온도보다 높은 것이 바람직하고, 650℃ 이상이 바람직하며, 670℃ 이상이 더 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 정밀프레스성형법에는, 이하의 정밀프레스성형법 1 및 정밀프레스성형법 2 이 포함된다.
[정밀프레스성형법 1]
이 방법은, 프레스몰드에 유리 프리폼을 도입하고, 프레스몰드와 유리 프리폼을 함께 가열한 뒤, 유리 프리폼을 정밀프레스성형하는 방법이다.
정밀프레스성형법 1 에 있어서, 프레스몰드와 상기 유리 프리폼을, 프리폼을 구성하는 유리가 1O6 ∼ 1Ol2 dPa·s 의 점도를 나타내는 온도까지 가열하여, 유리 프리폼을 정밀프레스성형하는 것이 바람직하다.
또한, 프레스성형 후, 상기 유리가 1O12 dPa·s 이상, 보다 바람직하게는 1Ol4 dPa·s 이상, 더욱 바람직하게는 1O16 dPa·s 이상의 점도를 나타내는 온도까지 냉각하고 나서, 유리성형체를 프레스몰드로부터 꺼내는 것이 바람직하다.
상기 조건에 의해, 프레스몰드의 성형표면의 형상을 유리로 정밀히 전사할 수 있을 뿐만 아니라, 정밀프레스성형품에 어떠한 변형도 발생시키지 않고 정밀프 레스성형품을 꺼낼 수 있다.
[정밀프레스성형법 2]
이 방법은, 프레스몰드와 유리 프리폼을 개별적으로 예열하고, 예열된 프리폼을 프레스몰드에 도입한 후, 유리 프리폼을 정밀프레스성형하는 방법이다.
정밀프레스성형법 2 에 의하면, 상기 유리 프리폼을 프레스몰드에 도입하기 전에 예열하기 때문에, 성형주기시간 (molding cycle time) 을 단축할 수 있고, 표면결함이 없으며 우수한 표면정밀도를 갖는 광학소자를 제조할 수 있다.
정밀프레스성형법 2 에 있어서, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 109 dPa·s 이하, 보다 바람직하게는 lO9 dPa·s 의 점도를 나타내는 온도까지 상기 프리폼을 예열하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 프리폼을 부상시키면서 예열하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 1O5.5 ∼ 1O9 dPa·s 의 점도를 나타내는 온도까지 상기 프리폼을 예열하는 것이 보다 바람직하고, 1O5.5 dPa·s 이상 그리고 1O9 dPa·s 미만의 점도를 나타내는 온도까지 예열하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 프레스몰드의 예열온도는 유리 프리폼의 예열온도보다 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 프레스몰드의 예열온도를 유리 프리폼의 예열온도보다 낮게 설정하면, 상기 몰드의 마모를 줄일 수 있다. 프레스몰드의 예열온도는, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 1O9 ∼ 1O12 dPa·s 의 점도를 나타내는 온도인 것이 바 람직하다.
그리고, 유리 프리폼의 프레스성형의 시작과 동시에 또는 프레스성형의 도중에, 유리성형체의 냉각을 시작하는 것이 바람직하다. 프레스성형 후, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 1O12 dPa·s 이상의 점도를 나타내는 온도에까지 상기 프레스성형품을 냉각하고 나서, 유리성형체를 꺼내는 것이 바람직하다.
정밀프레스성형으로 얻은 유리성형체를 프레스몰드에서 꺼내어, 필요에 따라 점차적으로 냉각된다. 목적으로 하는 광학소자가 렌즈인 경우, 필요에 따라 유리성형체상에 광학 박막을 코팅할 수 있다.
본 발명에 있어서 중요한 구성상 특징은, 상기 정밀프레스성형에 의해 광학소자를 제작하는 공정을 반복하여 광학소자를 양산하는 것이다.
본 발명에 따르면, 고굴절율을 가지며 또한 비교적 높은 온도에서만 연화되는 광학유리로 이루어진 프리폼을 유리 프리폼으로서 사용할 수 있고, 그러한 프리폼을 사용하더라도, 650℃보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어진 프레스몰드, 또는 성형재로서 탄화규소, 질화규소, 산화크롬, 산화지르코늄, 산화알루미늄에서 선택되는 경질 세라믹 재료로 이루어지고, 성형표면에 이형막이 형성되어 있는 프레스몰드를 사용함으로써, 정밀프레스성형을 다수 반복하더라도 프레스몰드의 성형재 및 성형표면이 손상되지 않아, 표면정밀도가 우수한 광학소자를 양산할 수 있다.
여기서, 광학소자의 "양산"은 단일 몰드를 사용하여 정밀프레스성형에 의한 광학소자의 제작공정을 반복함으로써, 다수의 동일한 광학소자를 제조하는 것을 의미하며, 상기 공정의 반복 횟수는 공업적 또는 상업적으로 수지가 맞는 수, 예컨대 100회 이상, 바람직하게는 300회 이상, 특히 바람직하게는 500회 이상을 가리킨다.
이런 식으로 양산되는 광학소자의 구체적인 예로는, 구면렌즈, 비구면렌즈, 마이크로렌즈 등의 각종 렌즈, 회절격자, 회절격자를 구비한 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘 등이 있다.
이들 광학소자는 필요에 따라, 반사방지막, 전반사막, 부분반사막, 분광특성을 갖는 막 등의 광학박막을 형성할 수도 있다.
[실시예]
실시예 1 <성형재가 탄화규소인 몰드를 사용한 실시예>
[유리 프리폼의 제조]
표 1 에 나타내는 조성의 유리 각각을 얻기 위해 유리원료의 중량을 잰다. 각 유리에 관해서, 상기 원료를 혼합하여, 백금도가니에 넣고, 대기 중에서 전기로로 1250 ℃에서 2 시간 동안 가열하여, 용융 및 교반시켜 균질의 용융유리를 얻었다.
그 다음, 얻어진 용융유리를 40×70×15 ㎜의 카본제 몰드에 주입하고, 유리전이온도까지 서냉시킨 후 바로 어닐링로에 넣어, 전이온도 부근에서 1 시간 동안 어닐링하고, 어닐링로 내에서 실온까지 서냉시켜, 광학유리를 얻었다. 이런 식으로 표 1 에 나타낸 광학유리 1 ∼ 4 를 얻었다. 이리하여 얻어진 각 광학유리를 현미경으로 확대관찰하였지만, 석출된 결정 및 비용융 잔류 원료는 발견되지 않았다.
얻어진 각 광학유리의 굴절율 (nd), 아베수 (vd), 유리전이온도 (Tg), 굴복점 (Ts), 액상온도 (LT) 및 조성을 표 1 에 나타내었다. 광학유리의 상기 특성을 다음과 같이 측정하였다.
(1) 굴절율 (nd) 및 아베수 (vd)
-30 ℃/시간의 서냉 온도감소율로 얻은 광학유리에 관해서 측정하였다.
(2) 유리전이온도 (Tg) 및 굴복점 (Ts)
이학전기주식회사 (Rigaku Corporation) 의 열기계분석장치에 의해, 10 gf의 하중 하에서 4 ℃/분의 온도상승율에서 측정하였다.
(3) 액상온도 (LT)
백금도가니에 유리시료 약 50 g 을 넣고 가열하여 용융시킨 후 일정온도에서 2 시간 동안 유지한 다음, 냉각하여 석출된 결정의 유무를 현미경으로 관찰하였다. 상기 일정온도를 10 ℃ 의 간격으로 변화시키면서, 각 온도에서 상기 관찰을 실시하였고, 결정이 발견되지 않는 최저온도를 액상온도로 하였다.
다음으로, 유리 1 ∼ 4 의 각각을 청정 및 균질화하고, 각각 목적중량을 갖는 용융유리 덩어리를 준비된 유리로부터 적하법 및 강하절단법으로써 분리하였다. 얻어진 용융유리 덩어리를 부상성형법으로 구형상의 프리폼으로 성형하였다.
다음으로, 유리 5 에 관해서는, 용융유리를 몰드에 주입하여 판상 유리를 만들고, 이 유리를 서냉한 뒤 냉간가공법에 의해 구형상의 프리폼으로 가공하였다.
CVD 법 또는 증착법에 의해 이들 각각의 프리폼의 전체표면에 탄소막을 형성 하여, CVD 탄소막구비 프리폼 및 증착탄소막구비 프리폼을 제조하였다.
[정밀프레스성형법 1 에 의한 광학소자의 제조]
상기한 것처럼 얻어진, 유리 4 로 이루어진 탄소막구비 프리폼을 도 2 에 나타낸 프레스장치를 사용하여 정밀프레스성형법 1 에 의해 정밀프레스성형하여 비구면렌즈를 얻었다. 구체적으로는, 상부주형 (1), 하부주형 (2) 및 슬리브 (3) 를 갖는 프레스몰드의 하부주형 (2) 과 상부주형 (1) 의 사이에 유리 프리폼 (4) 을 도입하였다. 프레스몰드를 구성하는 상부주형 (1) 및 하부주형 (2) 으로서, CVD 법에 의해 탄화규소로 이루어지고 또한 경질탄소이형막이 형성된 성형표면을 갖는 주형 부재를 사용하였다.
다음으로, 석영관 (11) 내를 질소분위기로 만들고, 히터 (12) 에 전류를 통하게 하여 석영관 (11) 내부를 가열하여, 프레스몰드 내부의 온도를, 성형되는 유리가 1O8 ∼ 1O10 dPa·s 의 점도를 나타내는 온도로 설정하였다. 이 온도를 유지하면서, 가압봉 (pressing rod) (13) 을 하방으로 이동시켜 상부주형 (1) 을 가압하여, 몰드 내에 세팅된 유리 프리폼을 프레스하였다. 프레스 압력은 8 MPa, 프레스시간은 30 초로 하였다. 프레스 후 프레스의 압력를 제거하고, 프레스성형된 유리성형체를 하부주형 (2) 및 상부주형 (1) 과 접촉시킨 상태에서, 상기 유리의 점도가 1O12 dPa·s 이상이 되는 온도까지 서냉한 후 실온까지 급냉하고, 유리성형체를 몰드로부터 꺼내어, 비구면렌즈를 얻었다.
유리성형체 (비구면렌즈) 를 꺼낸 후, 프레스몰드에 동일한 유리재료로 이루 어진 탄소막구비 프리폼을 도입하고 그 프리폼을 정밀프레스성형하여 비구면렌즈를 제작하는 공정을, 1000 회 반복하여 비구면렌즈를 양산하였다.
상기 정밀프레스성형을 1000 회 실시하면, 초기에서 종기까지 융착은 발생하지 않고, 어느 경우에도 프레스몰드재료 및 성형표면에 손상은 발견되지 않았다. 또한, 얻어진 모든 비구면렌즈는 표면정밀도 및 외관이 우수하였다. 이런 식으로, 굴절율이 높은 비구면렌즈를 안정적으로 양산하였다. 얻어진 비구면렌즈는 반사방지막을 구비할 수도 있다.
이러한 제조예에서는, 유리 프리폼과 몰드를 함께 가열하기 때문에, 유리와 몰드는 거의 동일한 온도를 가지며, 이 온도를 프레스성형온도로서 표 1 에 나타내었다.
[정밀프레스성형법 2 에 의한 광학소자의 제조]
상기한 것처럼 탄소막을 구비한 유리 프리폼을 정밀프레스성형법 2 에 의해 정밀프레스성형하여 비구면렌즈를 얻었다.
이 방법에서, 프리폼을 구성하는 유리의 점도가 1O8 dPa·s 이 되는 온도까지, 프리폼을 부상시키면서 예열한다. 한편, 상부주형 (1), 하부주형 (2) 및 슬리브 (3) 를 갖는 프레스몰드를, 상기 유리 프리폼을 구성하는 유리가 109 ∼ 1012 dpa·s 의 점도를 나타내는 온도까지 가열한 후, 예열된 프리폼을 몰드의 캐비티 (cavity) 내에 도입하고 정밀프레스성형하였다. 프레스의 압력은 10 MPa 로 설정하였다. 프레스 시작과 동시에 유리와 프레스몰드의 냉각을 시작하여, 성 형된 유리의 점도가 1012 dPa·s 이상이 되는 온도까지 냉각하였다. 그리고 나서, 유리성형체를 몰드에서 꺼내어 비구면렌즈를 얻었다.
유리성형체 (비구면렌즈) 를 꺼낸 후, 동일한 유리 재료로 형성되고 또한 예열된 탄소막구비 유리 프리폼을 프레스몰드에 도입하고, 정밀프레스성형에 의해 비구면렌즈를 제작하는 공정을 총 1000 회 반복하여 비구면렌즈를 양산하였다.
정밀프레스성형을 반복적으로 1000 회 실시하면, 초기에서 종기까지 융착이 발생하지 않았고, 어느 경우에도 프레스몰드재료 및 성형표면에 손상이 발견되지 않았다. 또한, 얻어진 모든 비구면렌즈는 표면정밀도 및 외관이 우수하였다. 이런 식으로, 굴절율이 높은 비구면렌즈를 안정적으로 양산하였다. 얻어진 비구면렌즈는 반사방지막을 구비할 수도 있다.
이 제조예에 있어서의 프레스성형온도를 표 1 에 나타내었다. 이 경우, 프리폼의 예열온도는 몰드의 예열온도보다 높기 때문에, 몰드가 노출되는 최대온도를 프레스성형온도로 하였다.
실시예 2 <성형재가 질화규소인 몰드를 사용한 실시예>
상기 몰드 대신에 질화규소로 이루어진 상부주형 (1) 및 하부주형 (2)을 가지며 또한 경질탄소 이형막을 구비한 성형표면을 갖는 몰드를 사용한 점과, 상기 프리폼 대신에 유리 2 로 이루어진 탄소막구비 프리폼을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1 의 정밀프레스성형법 1 과 동일한 방식으로 정밀프레스성형을 실시하여 비구면렌즈를 양산하였다.
그 결과, 프레스성형을 500 회 실시할 때까지 렌즈의 표면정밀도 및 외관이 우수하였다. 프레스 실시횟수가 1000 회에 달했을 때 얻어진 렌즈는 실시횟수 500 회 때 얻어진 렌즈에 비해 표면정밀도 및 외관양호성이 약간 불량하였지만, 렌즈로서의 성능은 충분하였다.
실시예 3 <성형재가 산화지르코늄인 몰드를 사용한 실시예>
상기 몰드 대신에 산화지르코늄으로 이루어진 상부주형 (1) 및 하부주형 (2)을 가지며 또한 경질탄소 이형막을 구비한 성형표면을 갖는 몰드를 사용한 점과, 상기 프리폼 대신에 유리 3 으로 이루어진 탄소막구비 프리폼을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1 의 정밀프레스성형법 1 과 동일한 방식으로 비구면렌즈를 양산하였다.
그 결과, 프레스를 500 회 실시할 때까지 렌즈의 표면정밀도 및 외관이 우수하였다. 프레스 실시횟수가 1000 회에 달했을 때 얻어진 렌즈는 실시횟수 500 회 때 얻어진 렌즈에 비해 표면정밀도 및 외관양호성이 약간 불량하였지만, 렌즈로서의 성능은 충분하였다.
실시예 4 <성형재가 산화알루미늄인 몰드를 사용한 실시예>
상기 몰드 대신에 산화알루미늄으로 이루어진 상부주형 (1) 및 하부주형 (2)을 가지며 또한 경질탄소 이형막을 구비한 성형표면을 갖는 몰드를 사용한 점과, 상기 프리폼 대신에 유리 5 로 이루어진 탄소막구비 프리폼을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1 의 정밀프레스성형법 2 와 동일한 방식으로 비구면렌즈를 양산하였다.
그 결과, 프레스를 500 회 실시할 때까지 렌즈의 표면정밀도 및 외관이 우수하였다. 프레스 실시횟수가 1000 회에 달했을 때 얻어진 렌즈는 실시횟수 500 회 때 얻어진 렌즈에 비해 표면정밀도 및 외관양호성이 약간 불량하였지만, 렌즈로서의 성능은 충분하였다.
실시예 5 <성형재가 탄화텅스텐 (금속계 바인더를 포함하지 않음) 인 몰드를 사용한 실시예>
상기 몰드 대신에 탄화텅스텐 (금속계 바인더를 포함하지 않음) 으로 이루어진 상부주형 (1) 및 하부주형 (2)을 가지며 또한 경질탄소 이형막을 구비한 성형표면을 갖는 몰드를 사용한 점과, 상기 프리폼 대신에 유리 1 로 이루어진 탄소막구비 프리폼을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1 의 정밀프레스성형법 2 와 동일한 방식으로 비구면렌즈를 양산하였다.
그 결과, 프레스를 500 회 실시할 때까지 렌즈의 표면정밀도 및 외관이 우수하였다. 프레스 실시횟수가 1000 회에 달했을 때 얻어진 렌즈는 실시횟수 500 회 때 얻어진 렌즈에 비해 표면정밀도 및 외관양호성이 약간 불량하였지만, 렌즈로서의 성능은 충분하였다.
비교예 1 <성형재가 탄화텅스텐 (코발트바인더를 포함한다) 인 몰드를 사용한 비교예>
상기 몰드 대신에 코발트바인더를 포함하는 탄화텅스텐으로 이루어진 상부주형 (1) 및 하부주형 (2)을 가지며 또한 백금합금 이형막을 구비한 성형표면을 갖는 몰드를 사용한 점과, 상기 프리폼 대신에 유리 1 로 이루어진 탄소막구비 프리폼을 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1 의 정밀프레스성형법 2 와 동일한 방식으로 비구면렌즈를 양산하였다.
그 결과, 단시간에 이형막이 열화되어, 유리성형체의 표면에 서리가 끼거나 또는 유리와 몰드 사이에 융착이 빈번하게 발생하였다. 프레스성형을 100 회 실시하였을 때, 불량품이 발생하였다.
본 발명에 의하면, 고굴절율 유리로 이루어진 각종 렌즈, 회절격자, 렌즈 어레이, 프리즘 등의 광학소자를 높은 정밀도로 그리고 높은 생산성으로 양산할 수 있다.
Claims (8)
- 30 이상 40 미만의 아베수 (Abbe's number) (vd) 및 1.84 초과의 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리, 또는 40 ∼ 50 의 아베수 (vd) 및 다음 식 (1)nd > 2.16 - 0.008 × vd … (1)을 만족하는 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리로 이루어진 유리 프리폼을, 650 ℃ 보다 높은 온도에 대한 내열성을 갖는 재료로 이루어진 몰드로 정밀프레스성형함으로써 상기 광학유리로 이루어진 광학소자를 제작하는 공정을 반복하는 광학소자의 양산 방법.
- 30 이상 40 미만의 아베수 (vd) 및 1.84 초과의 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리, 또는 40 ∼ 50 의 아베수 (vd) 및 다음 식 (1)nd > 2.16 - 0.008 × vd … (1)을 만족하는 굴절율 (nd) 을 갖는 광학유리로 이루어진 유리 프리폼을, 탄화규소, 질화규소, 산화크롬, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 또는 금속계 바인더를 포함하지 않는 탄화텅스텐 중에서 선택된 어느 하나의 성형재로 이루어지고 또한 성형표면에 이형막이 형성되어 있는 몰드로 정밀프레스성형함으로써 상기 광학유리로 이루어지는 광학소자를 제작하는 공정을 반복하는 광학소자의 양산 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 이형막이 탄소함유막인 것을 특징으로 하는 광학소 자의 양산 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 정밀프레스성형되는 프리폼의 표면에 융착방지막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학유리가 필수성분으로서 B2O3 및 La2O3 을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 광학유리가 Gd2O3 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 광학유리가 ZnO 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 광학 유리가 ZnO 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 양산 방법.
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| JP4756554B2 (ja) * | 2006-03-23 | 2011-08-24 | Ｈｏｙａ株式会社 | 光学ガラス、精密プレス成形用プリフォームとその製造方法、および光学素子とその製造方法 |
| JP4567713B2 (ja) * | 2007-01-24 | 2010-10-20 | Ｈｏｙａ株式会社 | 光学ガラスおよび光学素子 |
| TWI483907B (zh) * | 2008-02-28 | 2015-05-11 | 尼康股份有限公司 | The forming method and forming device of optical element |
| JP2010215444A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 光学ガラス |
| JP5946237B2 (ja) * | 2010-07-26 | 2016-07-06 | 株式会社オハラ | 光学ガラス、プリフォーム材及び光学素子 |
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| CN104066691B (zh) * | 2012-01-24 | 2016-08-24 | Hoya株式会社 | 玻璃块的制造方法和玻璃块的成型装置、以及冲压成型用坯料、玻璃成型品、球预制件和光学元件的制造方法 |
| JP5727417B2 (ja) * | 2012-06-15 | 2015-06-03 | Hoya株式会社 | 光学ガラス、光学素子およびその製造方法 |
| JP6689057B2 (ja) * | 2014-12-24 | 2020-04-28 | 株式会社オハラ | 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子 |
| CN105645765B (zh) * | 2016-03-07 | 2019-01-22 | 成都光明光电股份有限公司 | 光学玻璃及光学元件 |
| CN110570750B (zh) * | 2016-08-15 | 2021-03-05 | 南通立方新材料科技有限公司 | 一种热固化型耐热全息防伪膜 |
| JP7104494B2 (ja) * | 2016-11-30 | 2022-07-21 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス材の製造方法 |
| CN113461316A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-01 | 东莞市微科光电科技有限公司 | 一种模压玻璃的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060041855A (ko) * | 2004-02-10 | 2006-05-12 | 호야 가부시키가이샤 | 정밀유리구의 제조방법 및 유리광학소자의 제조방법 |
| KR20060052196A (ko) * | 2004-10-12 | 2006-05-19 | 호야 가부시키가이샤 | 광학유리, 정밀 프레스성형용 프리폼, 그 프리폼의제조방법, 광학소자 및 그 광학소자의 제조방법 |
| KR20060050274A (ko) * | 2004-09-29 | 2006-05-19 | 호야 가부시키가이샤 | 인산염 광학유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그제조방법, 광학소자 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4093524B2 (ja) * | 2001-02-20 | 2008-06-04 | Ｈｏｙａ株式会社 | 光学ガラス、プレス成形予備体および光学部品 |
| US6977232B2 (en) * | 2001-10-24 | 2005-12-20 | Hoya Corporation | Optical glass, preform for press molding and optical part |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060041855A (ko) * | 2004-02-10 | 2006-05-12 | 호야 가부시키가이샤 | 정밀유리구의 제조방법 및 유리광학소자의 제조방법 |
| KR20060050274A (ko) * | 2004-09-29 | 2006-05-19 | 호야 가부시키가이샤 | 인산염 광학유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그제조방법, 광학소자 및 그 제조방법 |
| KR20060052196A (ko) * | 2004-10-12 | 2006-05-19 | 호야 가부시키가이샤 | 광학유리, 정밀 프레스성형용 프리폼, 그 프리폼의제조방법, 광학소자 및 그 광학소자의 제조방법 |
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