KR100965182B1 - 렌즈, 근적외광 흡수 유리재 로트, 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

구리를 함유하는 근적외광 흡수 유리 소재로 이루어지는 근적외광 흡수 유리재 로트에 있어서, 파장 546.07nm에서의 굴절률(ne)의 공차가 ±0.001 미만인 유리재로 구성되어 있는 근적외광 흡수 유리재 로트이다.

광학소자, 렌즈, 유리

Description

렌즈, 근적외광 흡수 유리재 로트, 및 그 제조 방법{LENS, NEAR-INFRARED RAY ABSORPTION GLASS LOT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

도 1은 본 발명의 실시예에서 이용한 정밀 프레스 성형 장치의 개략도.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 실시예에서 제조한 렌즈의 단면 형상을 나타낸 도면.

본 발명은 반도체 촬상 소자의 색보정에 적합한 근적외광 흡수 유리재 로트, 및 이 유리재 로트를 이용하는 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 Cu 함유 플루오로 인산염 유리제의 렌즈와 그 제조 방법에 관한 것이고, CCD, CMOS 등의 반도체 촬상 소자의 색보정에 이용하기에 매우 적합한 근적외선 흡수 필터 기능을 가지는 촬상용 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로, CCD나 CMOS 등의 반도체 촬상 소자는 분광 감도가 가시 영역에서 근적외 영역역까지 이르고 있다(일본 특개평 10-194777호 공보 참조). 그 때문에, 이 근적외역을 필터에 의해 커트하고 분광 감도를 인간의 시감도에 근사시켜 색 재현을 양호하게 하는 방법이 이용되고 있다. 한편, 필터의 자외선 영역측의 흡 수가 가시 영역까지 이르면, 이번에는 화상이 어두워지게 된다. 따라서, 이러한 종류의 필터는 400~520nm의 광의 투과율이 가능한 한 높고 근적외선의 흡수가 큰 것이 필요하다.

최근, 카메라 부착 휴대 전화 등의 촬상 장치를 탑재한 모바일 장치에서는, 촬상 광학계의 소형화가 요구되고 있다. 이와 같은 촬상 광학계는 촬상 소자의 수광면에 피사체의 상을 결상시키기 위한 렌즈계와, 앞서 말한 색보정 필터를 구비하고 있다. 여기서, 렌즈계의 일부를 근적외광 흡수 유리로 형성하면, 한 장의 렌즈로 렌즈 기능과 색보정 기능을 겸비할 수 있으므로 부품 개수가 적어져 촬상 광학계를 보다 소형화할 수 있다.

그러나, 지금까지의 근적외광 흡수 유리는 렌즈로 성형하여 사용하는 것을 목적으로 제조된 것이 아니라, 평판 형상으로 가공하여 필터로서 사용하는 것을 상정하고 있었으므로, 유리의 굴절률(nd)의 정밀도가 겨우 유효 숫자 4자리(소수점 이하 3자리)의 정밀도, 즉 광학 소자를 만들기 위한 유리재끼리의 굴절률(nd)의 편차를 공차로 나타내면, ±0.001 이상이었다. 그러나, 렌즈로서의 용도에서는 렌즈 형상을 아무리 정밀하게 해도 굴절률의 정밀도가 높지 않으면 렌즈로서의 성능은 불충분해지기 마련이다. 특히, 광학계의 고성능화 및 소형화에 유효한 비구면 렌즈를 상기 유리로 제작해도 비구면 렌즈로서의 성능을 살릴 수 없다는 문제가 있다.

지금까지 카메라 부착 휴대 전화와 같은 소형 촬상 장치에 대해서는 소형화를 우선하기 때문에 화질에 대한 사용자의 요망은 강하지 않았다. 그러나, 카메라 부착 휴대 전화의 보급과, 디지털 스틸 카메라의 화상의 고정밀화, 디지털 신호의 송신 속도, 처리 속도의 눈부신 향상에 의해, 카메라 부착 휴대 전화와 같은 모바일 장치에 대해서도 사용자는 고정밀한 화질을 요망하게 되었다. 구체적으로는, 수십만 화소로부터 100만 화소를 넘는 고정밀한 촬상 장치가 모바일 장치에 탑재되게 되었다.

이와 같은 고 화소수의 촬상 소자를 탑재하는 촬상 장치는 촬상 소자의 성능에 걸맞는 촬상 광학계를 필요로 하고 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하는 것을 목적으로 하고, 근적외광 흡수 기능을 가지는 고성능의 유리재 광학 소자의 실현을 가능하게 하는 근적외광 흡수 유리재 로트 및 이 유리재 로트로부터 광학 소자를 양산하는 광학 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 반도체 촬상 소자를 탑재하는 소형 촬상 장치에 매우 적합한, 렌즈로서의 광학적 기능을 가지고, 또한 색감도 보정을 가능하게 하는 근적외광 흡수성을 가지는 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 행해진다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 구리를 함유하는 근적외광 흡수 유리 재료로 이루어지는 근적외광 흡수 유리재 로트에 있어서, 파장 546.07nm에서의 굴절률(n_e)의 공차가 ±0.001 미만인 유리재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재 로트가 제공된다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 상기 제 1 측면에 있어서, 굴절률(n_e)의 공차는 유리재를 유리 전이 온도로부터 30℃/hr 이하의 소정의 강온 속도로 25℃까지 냉각한 상태에서 결정된다.

본 발명의 제 3 측면에 따르면, 상기 제 1 측면에 있어서, 유리 소재가 불소 함유 유리이다.

본 발명의 제 4 측면에 따르면, 상기 제 1 측면에 있어서, 상기 유리재가 프레스 성형용 프리폼이다.

본 발명의 제 5 측면에 따르면, 상기 제 1 측면에 있어서, 상기 유리재가 유리판 또는 유리봉이다.

본 발명의 제 6 측면에 따르면, 근적외광 흡수 유리재 로트를 사용하여 광학 소자를 양산하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법으로서, 근적외선 흡수 유리재 로트는 구리를 함유하는 근적외광 흡수 유리 재료를 포함하고, 파장 546.07nm에서의 굴절률(n_e)의 공차가 ±0.001 미만인 광학 소자의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제 7 측면에 따르면, 상기 제 6 측면에 있어서, 렌즈를 양산한다.

본 발명의 제 8 측면에 따르면, 상기 제 6 측면에 있어서, 비구면 렌즈를 양산한다.

본 발명의 제 9 측면에 따르면, 상기 제 6 측면에 있어서, 근적외광 흡수 유리재 로트는 가열 및 프레스 성형된다.

본 발명의 제 10 측면에 따르면, 상기 제 9 측면에 있어서, 프레스 성형에 의해 제작한 프레스 성형품이 기계 가공된다.

본 발명의 제 11 측면에 따르면, 상기 제 6 측면에 있어서, 근적외광 흡수 유리재 로트는 가열 및 정밀 프레스 성형된다.

본 발명의 제 12 측면에 따르면, 상기 제 6 측면에 있어서, 근적외광 흡수 유리재 로트는 기계 가공된다.

본 발명의 제 13 측면에 따르면, Cu²⁺를 포함하는 플루오로 인산염 유리를 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 렌즈에 있어서, 중심축 부분에서의 두께를 to[mm], 상기 유리 중의 Cu²⁺의 함유량을 Mcu[양이온%]로 했을 때, Mcu×to가 0.9~1.6 [양이온%]·[mm]의 범위에 있는 렌즈가 제공된다.

본 발명의 제 14 측면에 따르면, 상기 제 13 측면에 있어서, 상기 유리는 유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하인 플루오로 인산염 유리이고, 두께(t_o)가 0.6mm 이상이다.

본 발명의 제 15 측면에 따르면, 상기 제 13 측면에 있어서, 상기 렌즈는 메니스커스 형상을 갖는다.

본 발명의 제 16 측면에 따르면, 상기 제 15 측면에 있어서, 상기 렌즈는 돌출 메니스커스 형상을 갖는다.

본 발명의 제 17 측면에 따르면, 상기 제 13 측면에 있어서, 상기 유리가 양이온% 표시로,

P⁵⁺ 11~43%,

Al³⁺ 1~29%,

Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺를 합계로 14~50%,

Li⁺, Na⁺ 및 K⁺를 합계로 0~43%,

La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Si⁴⁺, B³⁺, Zr⁴⁺ 및 Ta⁵⁺를 합계로 0~12%,

Cu²⁺ 0.5% 이상,

Sb³⁺ 0~0.1%,

를 포함하고, 또한 음이온% 표시로,

F^- 10~80%

를 함유하는 플루오로 인산염 유리이다.

본 발명의 제 18 측면에 따르면, Cu²⁺를 포함하는 플루오로 인산염 유리로 이루어지는 유리 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 렌즈의 제조 방법이 제공된다.

본 발명은 고성능의 근적외광 흡수 기능을 가지는 유리제 광학 소자의 양산을 가능하게 하는 근적외광 흡수 유리재 로트 및 이 유리재 로트로부터 광학 소자를 양산하는 광학 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따르면, 반도체 촬상 소자를 탑재하는 소형 촬상 장치에 매우 적합하고, 또한 상기 촬상 소자의 색감도 보정을 가능하게 하는 렌즈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 플루오로 인산염 유리가 낮은 전이 온도를 나타내는 것을 이용하여, 양호한 결상 성능 및 상기 색감도 보정 기능을 함께 가진, 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 렌즈를 제공할 수 있다.

특히, 상기 제 14 측면의 본 발명에 따르면, Cu²⁺의 함유량을 작게 하고 렌즈의 두께를 소정 두께 이상으로 하고 있으므로, 중심축을 따른 렌즈내 광로 길이와 광축으로부터 떨어진 부분에서의 렌즈내 광로 길이의 차가 있는 렌즈라도, 각 광로를 통과하는 광선의 광투과량차를 작게 할 수 있어 색감도 보정의 얼룩이 적은 렌즈를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제 15 측면의 본 발명에 따르면, 극히 저온 연화성을 가지고, 정밀 프레스 성형시의 유리 가열 온도폭이 좁은 유리를 이용해도, 렌즈의 두께를 소정치 이상 확보함으로써, 잘 깨지지 않고, 게다가 반도체 촬상 소자의 색감도 보정을 양호하게 행할 수 있는 렌즈를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제 18 측면의 본 발명에 따르면, Cu²⁺의 함유량과 렌즈의 두께를 상기 범위로 하더라도, 우수한 내후성을 가지는 유리 조성으로 렌즈를 형성하므로 모든 특성이 우수한 렌즈를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제 19 측면의 본 발명에 따르면, 상기 각 렌즈를 정밀 프레스 성형으로 양산 가능하게 하는 렌즈의 제조 방법을 제공할 수 있다.

렌즈 등과 같이 광학 성능면이 곡면 혹은 곡면을 포함하는 광학 소자나, 프리즘 등과 같이 광학 기능면끼리가 비평행인 광학 소자에서는, 광학 소자의 형상, 치수, 특히 광학 기능면의 형상, 치수, 광학 기능면끼리가 이루는 각도를 정밀하게 만들어도, 유리의 굴절률의 정밀도가 불충분하면, 광학 소자를 고성능화할 수 없다.

상기 구리 함유의 근적외광 흡수 유리는 용융 상태에서 휘발하기 쉬운 물질(휘발성 물질이라고 함)을 포함하기 때문에, 용융 유리를 유출하여 성형할 때, 시간이 흐르면서 휘발에 의해 휘발성 물질이 유리로부터 소실되므로, 성형한 유리의 굴절률이 시간이 흐르면서 변동하여, 양산 유리로서 굴절률을 소수점 이하 4자리 이상(유효 숫자 5자리 이상)의 정밀도로 보정하는 것이 어려웠다.

이와 같은 문제 때문에, 고성능의 근적외광 흡수 기능을 가지는 렌즈 등의 광학 소자를 안정적으로 양산하는 것이 불가능했다.

즉, 지금까지는 근적외광 흡수 유리로 100만 화소 이상의 고정밀한 반도체 촬상 소자에 피사체상을 결상할 필요성이 없고, 게다가 상기 고정밀한 촬상 소자에 걸맞는 근적외광 흡수 유리제의 렌즈로서 성능의 편차가 없는 제품을 양산하려고 해도, 굴절률이 고정밀도로 구비된 유리재를 조달하는 것도 곤란한 상황이었다.

본 발명은 상기 신규의 과제를 해결하기 위하여 굴절률이 고정밀도로 구비된 유리재 로트 및 이 유리재 로트를 사용하여 광학 소자를 양산하는 방법을 제공하는 것인데, 이하에 상세히 설명한다.

[근적외광 흡수 유리재 로트]

본 발명은, 구리를 함유하는 근적외광 흡수 유리 소재로 이루어지는 근적외광 흡수 유리재 로트에 있어서, 파장 546.07nm에서의 굴절률(ne)의 공차가 ±0.001 미만인 유리재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 유리재라는 것은 유리 제품을 만들기 위한 재료가 되는 유리를 의미한다. 로트라는 것은 일반적으로 동일 사양의 제품을 한데 모은 것을 말하는데, 여기서는, 특정 사양, 예를 들면 동일한 광투과 특성 혹은 근적외광 흡수 특성을 나타내는 복수개의 유리 제품의 집합, 혹은 구리 함유량이 소정량인 복수개의 유리 제품의 집합 등, 필요로 하는 근적외광 흡수 유리로서 사용하는데 있어 중요한 사양을 의미한다.

굴절률(ne)은 파장 546.07nm에서의 굴절률이다. 광학 유리의 굴절률은 일반적으로 파장 587.56nm에서의 굴절률(nd)에 의해 나타내지는데, 구리 함유의 근적외광 흡수 유리에서는 파장 587.56nm에서의 투과율이 파장 546.07nm에서의 투과율보다도 낮아지므로, 굴절률을 고정밀도로 측정하고 관리하는 데에는, 굴절률(ne)로 굴절률을 측정, 지정하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 발명에서는 굴절률이라고 할 때는 굴절률(ne)을 의미하는 것으로 한다.

유리 중의 구리는 근적외광 흡수 특성을 담당하는 것으로서, Cu²⁺로서 존재한다. 구리의 도입에 의해 양호한 근적외광 흡수 특성을 나타내는 유리로서는, 플루오로 인산 유리, 인산 유리가 있다. 구리 함유의 플루오로 인산 유리는 동일하게 구리 함유의 인산 유리보다도 내후성이 우수하다는 특장을 가진다.

여기서, 굴절률 공차가 ±0.001 미만인 유리재 로트라는 것은 로트를 구성하는 유리재 중에서 굴절률이 최대인 것과 최소인 것의 굴절률 차가 0.002 미만인 유리재의 집합을 의미한다. 로트의 굴절률의 공차가 ±0.001 이상이면, 이 로트를 사용하여 치수 정밀도와 형상 정밀도가 극히 높은 광학 소자를 양산해도, 소자의 광학적 성능의 편차가 커서 성능이 안정된 촬상 장치를 제공하는 것이 곤란해진다. 안정된 성능을 가지는 촬상 장치를 제공하려면, 로트의 굴절률의 공차를 ±0.001 미만, 바람직하게는 ±0.0009 이내, 보다 바람직하게는 ±0.0008 이내, 더욱 바람직하게는 ±0.0005 이내, 한층 더 바람직하게는 ±0.0004 이내, 더욱 한층 바람직하게는 ±0.0003 이내로 한다.

유리재 로트는 복수개의 유리재로 구성되고, 그 수는 2개 이상이나, 광학 소자를 양산하는 경우에는, 10개 이상, 혹은 100개 이상, 더 많게는 1000개 이상이라도 무방하다. 상기 로트로부터 유리재를 선택하고, 선택한 유리재의 굴절률을 측정한다. 로트로부터 굴절률을 측정해야하는 유리재를 몇개 선택할지는, 다음과 같이 하여 결정하면 된다.

용융 용기에 축적한 용융 유리가 조금 불균질하여, 그 용융 유리를 연속적으로 유출함에 따라, 유출하는 유리의 굴절률이 시간과 함께 변동하는 경우가 있다. 또한, 성형한 유리를 냉각할 때의 냉각 속도에 편차가 있으면, 굴절률에 편차가 발생한다. 일반적인 착색이 없는, 굴절률이 고정밀도로 결정된 광학 유리를 용융, 성형하는 기술을 이용하여, 유출하는 유리의 굴절률 변동을 억제함과 동시에, 성형한 유리의 냉각 속도를 일정하게 한다. 이 상태에서 굴절률 변동의 주된 원인은 유출하는 유리의 시간적인 굴절률 변동이 되므로, 개개의 유리 원료, 유리 용융, 성형 설비에 있어서, 어느 정도의 시간이라면 원하는 굴절률 공차 내의 유리재를 얻을 수 있는지, 샘플링의 개수를 많게 하여 상기 제조 조건에서의 굴절률 공차를 파악한다. 이와 같이 하여 파악한 데이터에 기초하여, 로트 내로부터 굴절률을 측정하는 유리재의 개수를 설정하면 된다.

렌즈 등과 같이 광학 기능면이 곡면 혹은 곡면을 포함하는 광학 소자나, 프리즘 등과 같이 광학 기능면끼리가 비평행인 광학 소자에서는, 광학 소자의 형상, 치수, 특히 광학 기능면의 형상, 치수, 광학 기능면끼리가 이루는 각도를 정밀하게 형성함과 동시에, 상기 굴절률 정밀도의 유리를 사용함으로써, 필요로 하는 광학 성능을 실현할 수 있다.

상술한 바와 같이, 카메라 부착 휴대 전화와 같은 촬상 장치 탑재의 모바일 장치는, 50만 화소 이상, 더 많게는 100만 화소 이상의 고정밀한 촬상 소자를 탑재하게 되었다. 이와 같은 기기에 대응하려면, 렌즈 기능과 촬상 소자의 색감도 보정 기능을 하나의 광학 소자에 집약하는 것만으로는 불충분하여, 렌즈로서의 결상 성능을 높일 필요가 있다. 상기 성능을 높이기 위해서는, 렌즈의 형상 정밀도나 치수 정밀도를 높이는 것만으로는 불충분하여, 유리재 로트로부터 어느 유리재를 선택해도 굴절률이 고정밀도로 측정되어 있을 필요가 있다. 그러나, 근적외광 흡수 유리는, 종래, 평판 형상의 필터 용도로 생산되어 있고, 굴절률(nd)의 정밀도는 겨우 소수점 이하 3자리(유효 자리수 4자리)였다. 이와 같은 상황이 지금까지 굴절률의 정밀도가 높은 근적외광 흡수 유리의 필요성을 인식시키지 않았던 원인의 하나였다.

근적외광 흡수 유리는, 플루오로 인산 유리 혹은 인산 유리를 베이스로, 필요로 하는 구리를 첨가하여 제작되는데, 플루오로 인산 유리로 해도, 인산 유리로 해도, 용융 상태의 유리 표면으로부터의 휘발에 의해 일부 유리 성분이 시간과 함께 감소되므로, 굴절률이 변동해 버린다.

근적외광 흡수 유리에서는, 용융 온도를 고온으로 하는 Cu²⁺가 Cu⁺로 환원되어, 유리가 청색에서 녹색으로 변해 버린다. 그렇게 하면, 가시 투과율을 높이면서 근적외광의 흡수를 크게 한다는 반도체 촬상 소자의 색감도 보정에 필요한 특성이 손상되어 버린다. 따라서, 유리를 장시간, 고온 상태에 두지 않는 것이 좋다고 여겨져 왔다. 그러나, 이와 같은 조건에서 융융 유리를 제작하는 공정을 행하면, 휘발성 물질이 다량 포함되는 용융 유리를 유출, 성형하게 되어, 유리의 유출 개시부터 종료까지 유리 조성을 일정하게 유지하는 것이 어려워져, 굴절률도 변동되어 버린다.

이와 같은 휘발에 의한 조성 변동을 저감하려면, 유리를 축적하는 밀폐 용기 내에 건조 가스, 바람직하게는 건조 불활성 가스를 흐르게 하면서, 적어도 청징 공정을 행하고, 이 공정에서 휘발성 물질을 충분히 휘발시켜 버리면 된다. 밀폐 용기에는 배기구를 설치하여, 용기내를 흐른 가스를 용기 외로 배기한다. 배기한 가스는 정화 장치로 정화한 후, 외부로 배출한다.

휘발성 물질을 유리로부터 저감함으로써, 일부 성분, 예를 들면 불소, 알칼리 등의 함유량이 감소되는데, 상기 감소분을 보충하도록 미리 유리 원료를 칭량, 조합하면 된다. 이와 같은 조성의 보정은, 테스트 용해를 행하여, 목적으로 하는 굴절률에 테스트 샘플의 굴절률이 가까워지도록 행하면 된다.

굴절률의 공차의 상한은 상술한 바와 같은데, 어디까지 공차를 작게 해야하는지는, 목적으로 하는 광학 소자의 사양을 감안하여 결정하면 된다. 굴절률의 공차만을 작게 해도, 광학 소자의 성능은 형상 정밀도, 치수 정밀도 등을 포함한 종합적 조건으로 결정되고, 또한 근적외광 흡수 유리로 이루어지는 광학 소자만의 성능을 좋게 해도, 다른 광학 소자의 성능이 그것에 걸맞는 정도가 아니면, 과잉의 사양이 되어 버린다. 이와 같은 점이나 제조 비용 등을 고려하면, 상기 굴절률의 정밀도를 소수점 이하 5자리로 하면 충분하다.

이와 같은 유리재 로트라면, 소수점 이하 5자리로 나타내어진 굴절률을 라벨링하여 광학 소자 제조 공정으로 보내면, 성능이 구비된 광학 소자를 양산할 수 있다.

혹은, 유리재 로트를 판매하는 경우에도, 소정의 제품명, 품번 등으로 유리재를 지정하고, 이 제조명, 품번의 굴절률을 소수점 이하 4자리 이상, 바람직하게는 5자리 이상으로 표시할 수 있다. 로트를 구입한 자는, 로트 중의 어느 유리재를 사용해도, 목적으로 하는 성능을 가지는 광학 소자를 제작할 수 있다.

또한, 용융 유리로부터 성형한 유리는 충분한 서냉을 행하지 않으면 뒤틀림이 잔류하여, 그 영향에 의해 유리 본래의 굴절률은 고정밀도로 정해져 있으나, 외 관상의 굴절률에 편차가 발생하는 경우가 있다. 예를 들면, 프레스 성형용 프리폼(정밀 프레스 성형용 프리폼을 포함함)을 용융 유리로부터 직접 성형하면, 급냉하여 성형한 프리폼 내에 응력이 발생하고, 시간을 들여 어닐링함으로써 상기 응력을 완화한 후가 아니면, 굴절률의 공차를 정확하게 평가하는 것은 곤란하다. 이와 같은 경우, 유리재를 유리 전이 온도로부터 30℃/hr 이하의 느린 속도로, 또한 정해진 속도로 25℃까지 냉각한 후의 굴절률을 측정하면, 유리재 중의 뒤틀림에 의한 영향이 저감된 유리재 고유의 굴절률 및 로트에서의 굴절률의 공차를 평가할 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태는 유리재를 유리 전이 온도로부터 30℃/hr 이하의 소정의 강온 속도로 25℃까지 냉각한 상태에서의 굴절률의 공차가 ±0.001 미만인 유리재에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재 로트이다. 여기서, 체적이 작은 유리재 혹은 얇은 시트 형상의 유리재의 경우, 분위기 온도에 유리가 융화되면서 냉각이 진행되는데, 체적이 큰 유리재나 두께가 두꺼운 유리재의 경우는, 유리재 내부의 냉각이 늦어지기 때문에, 뒤틀림 제거가 불충분해지는 경우가 있으므로, 그 경우에는 강온 속도를 보다 작게 한다(보다 느리게 냉각한다). 여기서 동일 로트에서는 강온 속도를 일정하게 하여 각 유리재의 굴절률을 측정한다. 동일 로트의 유리재 간에 강온 속도에 편차가 있으면, 굴절률의 편차 원인이 되므로, 상기 점에서는 충분히 유의해야만 한다. 또한, 굴절률의 바람직한 공차의 범위에 대해서는 상술한 바와 같다.

근적외광 흡수 유리로서는, 구리 함유 플루오로 인산 유리, 구리 함유 인산 유리 등이 있는데, 구리 함유 플루오로 인산 유리는 내후성이 우수하다는 특징을 가지므로 이용 가치가 높다. 그러한 한편, 휘발성이 극히 높은 불소를 포함하므로, 굴절률 변동이 크다는 문제가 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 굴절률의 공차를 100만 화소 이상의 고정밀 촬상 소자에 대응할 수 있는 정도로 작게 할 수 있으므로, 내후성이 우수한 고성능의 광학 소자를 안정적으로 양산할 수 있다.

유리재로서는, 상술한 바와 같이 정밀 프레스 성형용 프리폼 등의 프레스 성형용 프리폼 외에, 유리판, 유리봉 등의 형태를 예시할 수 있다. 유리판, 유리봉을 적당한 치수로 절단하고, 표면을 연삭, 연마하여 상기 프리폼으로 완성할 수도 있고, 상기 절단한 유리편을 연삭, 연마하여 광학 소자로 완성할 수도 있다.

다음으로 본 발명의 유리의 바람직한 양태에 대하여 설명한다.

제 1 양태는, Cu²⁺의 함유량이 0.5~13 양이온%의 유리이다. 이하, 특별히 기재하지 않는 한, 양이온 성분의 함유량, 합계 함유량을 양이온% 표시로 하고, 음 이온 성분의 함유량을 음이온% 표시로 한다. Cu²⁺의 양이 0.5% 미만에서는 원하는 근적외광 흡수 특성을 얻는 것이 어렵고, 역으로 13%보다도 많으면 유리의 내 실투성이 저하된다.

이와 같은 양태의 유리에 있어서, 보다 바람직한 양태의 유리는, 양이온%로,

P⁵⁺ 11~45%,

Al³⁺ 0~29%,

Li⁺, Na⁺ 및 K⁺를 합계로 0~43%,

Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺를 합계로 14~50%,

Cu²⁺ 0.5~13%,

를 포함하고, 또한 음이온% 표시로,

F^- 17~80%,

를 포함하는 것이다.

상기 조성의 음이온 성분의 잔량 모두를 O^2-로 하는 것이 바람직하다.

상기 조성에 있어서, P⁵⁺는 플루오로 인산 유리의 기본 성분으로서, Cu²⁺의 적외선 영역의 흡수를 가져오는 중요한 성분이다. P⁵⁺의 함유량은 11% 미만에서는 색이 악화되어 녹색을 띄고, 역으로 45%를 넘으면 내후성, 내실투성이 악화된다. 따라서 P⁵⁺의 함유량은 11~45%로 하는 것이 바람직하고, 20~45%로 하는 것이 보다 바람직하며, 23~40%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Al³⁺는 플루오로 인산 유리의 내실투성과 내열성, 내열 충격성, 기계적 강도, 화학적 내구성을 향상시키는 성분이다. 다만 Al³⁺는 함유량이 29%를 넘으면 근적외 흡수 특성이 악화된다. 따라서 Al³⁺의 함유량을 0~29%로 하는 것이 바람직하고, 1~29%로 하는 것이 보다 바람직하며, 1~25%로 하는 것이 더욱 바람직하고, 2~23%로 하는 것이 한층 더 바람직하다.

Li⁺, Na⁺ 및 K⁺는 유리의 용융성, 내실투성을 개선시키고, 가시광역의 투과율을 향상시키는 성분인데, 합계량으로 43%를 넘으면, 유리의 내구성, 가공성이 악화된다. 따라서 Li⁺, Na⁺ 및 K⁺의 합계 함유량을 0~43%로 하는 것이 바람직하고, 0~40%로 하는 것이 보다 바람직하며, 0~36%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

알칼리 성분 중에서도 Li⁺는 상기 작용이 우수하고, Li⁺의 양을 15~30%로 하는 것이 보다 바람직하고, 20~30%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ 및 Zn²⁺는 유리의 내실투성, 내구성, 가공성을 향상시키는 유용한 성분인데, 과잉 도입에 의해 내실투성이 저하되므로, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ 및 Zn²⁺의 합계량을 14~50%로 하는 것이 바람직하고, 20~40%로 하는 것이 보다 바람직하다.

Mg²⁺ 함유량의 바람직한 범위는 0.1~10%, 보다 바람직한 범위는 1~8%이다. Ca²⁺ 함유량의 바람직한 범위는 0.1~20%, 보다 바람직한 범위는 3~15%이다. Sr²⁺ 함유량의 바람직한 범위는 0.1~20%, 보다 바람직한 범위는 1~15%이다. Ba²⁺ 함유량의 바람직한 범위는 0.1~20%, 보다 바람직한 범위는 1~15%이고, 더욱 바람직한 범위는 1~10%이다.

Cu²⁺는 근적외광 흡수 특성을 담당한다. 그 양이 0.5% 미만에서는 근적외 흡수가 작고, 역으로 13%를 넘으면 내실투성이 악화된다. 따라서 Cu²⁺의 함유량은 0.5~13%가 바람직하고, 0.5~10%가 보다 바람직하며, 0.5~5%가 더욱 바람직하고, 1~5%가 한층 더 바람직하다.

F^-는 유리의 융점을 낮추고 내후성을 향상시키는 중요한 음이온 성분이다. 본 양태의 유리는 F^-를 함유함으로써, 유리의 용융 온도를 낮추고 Cu²⁺의 환원을 억제하여, 필요로 하는 광학 특성을 얻을 수 있다. F^-의 함유량은, 17% 미만에서는 내후성이 악화되고, 역으로 80%를 넘으면 O^2-의 함유량이 감소되기 때문에, 1가의 Cu⁺에 의한 400nm 부근의 착색을 발생시킨다. 따라서, F^-의 함유량을 17~80%로 하는 것이 바람직하다. 상기 특성을 한층 더 향상시키려면, F^-의 양을 25~55%로 하는 것이 보다 바람직하고, 30~50%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

O^2-는 본 양태의 유리에서 중요한 음이온 성분으로서, 모든 음이온 성분의 F^-를 제외한 잔부 전량을 O^2- 성분으로 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, O^2-의 바람직한 양은 상기 F^-의 바람직한 양을 100%로부터 뺀 범위로 한다. O^2-가 너무 적으면, 2가의 Cu²⁺가 환원되어 1가의 Cu⁺가 되므로, 단파장역, 특히 400nm 부근의 흡수 가 커져 버려, 녹색을 노정하게 된다. 역으로 과잉하게 되면, 유리의 점도가 높아 용융 온도가 높아지므로, 투과율이 악화된다.

또한, Pb, As는 유해성이 강하므로, 사용하지 않는 것이 좋다.

본 양태에 있어서, 유리의 굴절률을 1.4700~1.5500의 범위, 바람직하게는 1.5000~1.5400으로 소수점 이하 4자리 이상(유효 자리수 5자리 이상), 바람직하게는 5자리(유효 자리수 6자리)로 설정할 수 있다.

본 발명의 유리의 바람직한 투과율 특성은 이하와 같다.

파장 500~700nm의 분광 투과율에 있어서, 투과율 50%를 나타내는 파장이 615nm인 두께로 환산하고, 파장 400~1200nm의 분광 투과율이 하기와 같은 특성을 나타내는 것이다.

파장 400nm에서 78% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 83% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상,

파장 500nm에서 85% 이상, 바람직하게는 88% 이상, 보다 바람직하게는 89% 이상,

파장 600nm에서 51% 이상, 바람직하게는 55% 이상, 보다 바람직하게는 56% 이상,

파장 700nm에서 12% 이하, 바람직하게는 11% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하,

파장 800nm에서 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하, 보다 바람직하게는 2.5% 이하, 더욱 바람직하게는 2.2% 이하, 한층 더 바람직하게는 2% 이하,

파장 900nm에서 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하, 보다 바람직하게는 2.5% 이하, 더욱 바람직하게는 2.2% 이하, 한층 더 바람직하게는 2% 이하,

파장 1000nm에서 7% 이하, 바람직하게는 6% 이하, 보다 바람직하게는 5.5% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하, 한층 더 바람직하게는 4.8% 이하,

파장 1100nm에서 12% 이하, 바람직하게는 11% 이하, 보다 바람직하게는 10.5% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하,

파장 1200nm에서 23% 이하, 바람직하게는 22% 이하, 보다 바람직하게는 21% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하이다.

즉, 파장 700~1200nm의 근적외선의 흡수는 크고, 파장 400~600nm의 가시광선의 흡수는 작다. 여기서 투과율이라는 것은, 서로 평행하고, 또한 광학 연마한 2개의 평면을 가지는 유리 시료를 상정하고, 상기 평면의 일방에 수직으로 광을 입사했을 때, 상기 평면의 타방으로부터 출사한 광의 강도를 상기 입사광의 시료 입사전의 강도로 나눈 값으로서, 외부 투과율이라고도 불린다.

이와 같은 특성에 의해 CCD나 CMOS 등의 반도체 촬상 소자의 색보정을 양호하게 행할 수 있다.

본 발명의 근적외광 흡수 유리에 따르면, 필요로 하는 근적외광 흡수 특성을 가짐과 동시에, 고정밀도로 정해진 굴절률을 가지므로, 그 굴절률에 대응한 광학 설계가 가능해진다. 예를 들면, 렌즈의 형상, 치수 등의 설계, 프리즘의 광학 기능면을 이루는 각도나 치수의 설계 등을 소정의 굴절률의 값에 대하여 행하면, 모든 수차가 작고 결상 성능이 우수한 렌즈나, 광학적으로 정밀도가 높은 프리즘을 실현 할 수 있다.

또한, 용융 유리를 성형함에 있어서, 유리의 유출 분위기를 건조 분위기 중에서 행하거나, 파이프 하단의 유리 유출구 근방 및 유출한 유리 표면에 건조 가스를 흐르게 하면서 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 융용 분위기도 마찬가지인데, 성형 분위기에 수증기가 포함되어 있으면, 용융 유리와의 반응이 일어나, 굴절률의 변동이나 유리의 변질의 원인이 되기 때문이다. 또한, 유리를 유출하는 경우에는, 유출 파이프 하단의 외주로의 용융 유리의 젖어 오름이 현저해지기 때문이다. 젖어 오른 유리는 변질되고, 변질된 유리가 유리 중에 포함됨으로써 맥리가 발생해 버린다.

분위기 혹은 건조 가스의 바람직한 건조도는, 노점 -10℃ 이하가 바람직하고, -20℃ 이하가 보다 바람직하고, -30℃ 이하가 더욱 바람직하며, -40℃ 이하가 한층 더 바람직하고, -50℃가 더욱 바람직하다. 가스의 종류로서는, 질소 등의 불활성 가스, 질소 등의 불활성 가스와 산소의 혼합 가스 등을 예시할 수 있다.

또한, 화합물 원료로서는, 인산염 원료, 불화물 원료, 구리 산화물 원료 등을 사용하면 된다.

이와 같이 하여 준비된 용융 유리를, 용기에 접속한 파이프로부터 연속하여 유출하고, 주형 내로 흘려 성형하고 서냉하여, 원하는 형상의 유리 성형체를 얻는다. 주형의 형상은 목적으로 하는 유리 성형체의 형상에 대응하여 적절히 선택한다.

성형시, 고온의 유리는 분위기 중의 수분와 반응하기 쉽고, 이 반응에 의해 유리의 품질이 저하되므로, 용융 유리의 유출, 성형은 건조 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 건조 분위기 중의 수분량은 노점 -30℃ 이하 상당이 바람직하다. 가스의 종류는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스, 상기 불활성 가스에 산소를 혼합한 가스 등을 사용하면 된다.

이와 같이 하여 성형한 유리 성형체에 절단, 연삭, 연마 등의 기계 가공을 실시하여, 프레스 성형용 유리 소재나 이하에서 설명하는 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 하거나, 렌즈, 프리즘, 필터 등의 광학 소자로 할 수 있다.

본 발명의 유리를 정밀 프레스 성형하는 경우, 상기 유리로 이루어지는 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제작한다. 여기서, 정밀 프레스 성형용 프리폼이라는 것은 프레스 성형품의 중량과 동일한 중량의 유리를 정밀 프레스 성형에 적합한 형상으로 미리 성형한 것이다.

정밀 프레스 성형용 프리폼으로서 사용할 시에는, 정밀 프레스 성형시에 유리가 프레스 성형틀 내에 충분히 퍼지도록 하기 위한 기능을 가지는 공지의 각종 막이나, 이형성을 높이기 위한 공지의 각종 막을 프리폼 전 표면에 형성해도 무방하다.

구리 함유 플루오로 인산 유리는 다른 일반적인 광학 유리와 비교하여, 마모도가 높고, 열 팽창 계수도 높다는 성질을 가진다. 이와 같은 성질은 연마 가공에 있어 바람직하지 않다. 마모도가 크면, 가공 정밀도가 저하되거나, 연마시의 상처가 유리 표면에 잔류하기 쉽다. 또한, 연마는 절삭액을 유리에 뿌리면서 행하는데, 연마에 의해 온도 상승한 유리에 절삭액을 뿌리거나, 초음파 세정시에 온도 상승한 세정액에, 표면에 연마에 의한 상처가 존재하는 유리를 투입하면, 유리가 큰 온도 변화에 노출되어, 열 팽창 계수가 큰 플루오로 인산 가스에서는 열 충격에 의해 유리가 파손된다는 문제가 일어나기 쉽다. 따라서, 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 해도, 광학 소자로 해도, 연마에 의하지 않는 방법으로 제조하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관점으로부터, 정밀 프레스 성형용 프리폼은 전 표면이 용융 상태의 유리를 고화하여 형성된 면으로 하는 것이 바람직하고, 광학 소자로서는, 정밀 프레스 성형에 의해 제작된 것이 바람직하다.

프리폼의 전 표면을 용융 상태의 유리를 고화하여 형성되는 면으로 함으로써, 프리폼을 세정하거나, 정밀 프레스 성형에 앞서 가열할 때의 프리폼의 파손을 방지, 저감할 수 있다.

다음으로 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 대하여 설명한다.

프레스 성형용 프리폼의 제조법의 일예는 파이프로부터 용융 유리를 유출시키고, 원하는 중량의 용융 유리괴를 분리하고, 이 유리괴를 유리가 냉각하는 과정에서 상기 유리로 이루어지는 프리폼으로 성형한다.

이 방법에서는, 통전 가열 방식 혹은 고주파 유도 가열 방식, 또는 이들 2개의 가열 방식을 조합한 가열법으로, 소정 온도로 가열한 백금 합금제 혹은 백금제의 파이프로부터 일정 유량으로 연속하여 용융 유리를 유출시킨다. 유출시킨 용융 유리로부터 프리폼 1개분의 중량, 혹은 프리폼 1개분의 중량에 후술하는 제거분의 중량을 가한 중량의 용융 유리괴를 분리한다. 용융 유리괴의 분리에 있어서는, 절단흔이 남지 않도록 절단날의 사용을 피하는 것이 바람직하고, 예를 들면 파이프의 유출구로부터 용융 유리를 떨어뜨리거나, 유출하는 용융 유리 유선단을 지지체에 의해 지지하고, 목적 중량의 용융 유리괴를 분리할 수 있는 타이밍에 지지체를 급강하하고, 용융 유리의 표면 장력을 이용하여 용융 유리 유선단으로부터 용융 유리괴를 분리하는 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

분리한 용융 유리괴는 프리폼 성형틀의 오목부 상에서, 유리가 냉각하는 과정에서 원하는 형상으로 성형한다. 그때, 프리폼 표면에 주름이 생기거나, 균열이라는 유리의 냉각 과정에서의 파손을 방지하기 위하여, 오목부 상에서, 유리괴에 위를 향하는 풍압을 가하여 부상시킨 상태에서 성형하는 것이 바람직하다. 그때, 유리괴 표면에 가스를 내불어 상기 표면의 냉각을 촉진하는 것은, 맥리를 저감, 방지하는 면에서 바람직하다.

프리폼에 외력을 가해도 변형하지 않는 온도역까지 유리의 온도가 저하되고 나서, 프리폼을 프리폼 성형틀로부터 꺼내어 서냉한다.

또한, 유리 표면으로부터의 불소의 휘발을 저감하기 위하여, 유리 유출, 프리폼 성형을 상술한 바와 같이, 건조 분위기 중(건조 질소 분위기, 건조 공기 분위기, 질소와 산소의 건조 혼합 가스 분위기 등)에서 행하는 것이 바람직하다.

프레스 성형용 프리폼 제법의 다른 예는 용융 유리를 성형하여 유리 성형체를 제작하고, 이 유리 성형체를 기계 가공하여 상기 유리로 이루어지는 프리폼을 제작하는 방법이다.

이 방법에서는, 먼저, 용융 유리를 연속하여 파이프로부터 유출시키고, 파이프 하방에 배치한 주형으로 흘려 넣는다. 주형에는, 평탄한 저부와, 저부를 세 방 향에서 둘러싸는 측벽을 구비하고, 일방의 측면이 개구한 것을 사용한다. 개구 측면 및 저부를 양측으로부터 사이에 두는 측벽부는 서로 평행하게 대향하고, 저면의 중앙이 파이프의 연직 하방에 위치하도록, 또한 저면이 수평이 되도록 주형을 배치, 고정하여 주형 내로 흘러 들어가는 용융 유리를 측벽으로 둘러싸인 영역 내에 균일한 두께가 되도록 퍼지게 하고, 냉각 후에 주형 측면의 개구부로부터 일정한 속도로 수평 방향으로 유리를 인출한다. 인출한 유리 성형체는 어닐링 노 안으로 보내져 어닐링된다. 이와 같이 하여 일정한 폭과 두께를 가지는, 일정한 굴절률을 가지는 근적외 흡수 유리로 이루어지는 판 형상 유리 성형체를 얻는다. 이와 같이 하여 얻어진 유리 성형체는, 표면의 맥리가 저감, 억제되어 있다.

다음으로, 판 형상 유리 성형체를 절단 혹은 해단하여 컷 피스라고 불리는 복수의 유리편으로 분할하고, 이들 유리편을 연삭, 연마하여 목적 중량의 프레스 성형용 프리폼으로 완성한다.

또한, 다른 방법으로서는, 원주 형상의 관통홀을 가지는 주형을 관통홀의 중심축이 연직 방향을 향하도록 파이프의 연직 하방에 배치, 고정한다. 이때, 관통홀의 중심축이 파이프의 연직 하방에 위치하도록 주형을 배치하는 것이 바람직하다. 그리고, 파이프로부터 주형 관통홀 내에 용융 유리를 일정 유량으로 흘러 들어가게 하여 관통홀 내에 유리를 충전하고, 고화한 유리를 관통홀의 하단 개구부로부터 일정 속도로 연직 하방으로 인출하고 서냉하여, 원주봉 형상의 유리 성형체를 얻는다. 이와 같이 하여 얻어진 유리 성형체를 어닐링한 후, 원주봉 형상의 중심축에 대하여 수직 방향으로부터 절단 혹은 해단하여 복수의 유리편을 얻는다. 다음으로 유리편을 연삭, 연마하여 원하는 중량의 프레스 성형용 프리폼으로 완성한다. 이들 방법에 있어서도, 용융 유리의 유출, 성형을 상술한 바와 마찬가지로, 건조 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 방법에 있어서도, 가스를 성형 중의 유리 표면으로 내불어 냉각을 촉진하는 것이, 맥리의 저감, 방지를 행하는 측면에서 효과적이다.

[광학 소자와 그 제조 방법]

본 발명의 광학 소자는, 본 발명의 광학 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명의 광학 소자는, 상기한 바와 같이 근적외광 흡수 특성을 가지고, 고정밀도로 정해지는 굴절률을 구비하고 있으므로, CCD나 CMOS 등의 반도체 촬상 소자의 색감도 보정 기능을 구비함과 동시에, 고성능의 광학적 기능, 예를 들면 모든 수차가 작은 결상 성능이 우수한 광학 소자를 제공할 수 있다.

예를 들어, 렌즈를 예로 들면, 렌즈를 구성하는 유리의 굴절률이 유효 자리수 6자리 이상, 바람직하게는 7자리의 정밀도를 구비하고 있으므로, 광학 기능면의 형상 정밀도를 고정밀도로 만들고, 틸트나 디센터를 작게 하면, 우수한 결상 성능을 나타내는 광학계를 구성하는 렌즈가 된다.

이와 같이 굴절률 정밀도가 높은 유리로 이루어지는 것을 살려, 비구면 렌즈를 본 발명의 유리를 이용하여 제작함으로써, 근적외광 흡수 특성을 가지는, 우수한 광학적 성능을 가지는 렌즈를 실현할 수 있다.

근적외광 흡수 유리로 이루어지는 광학 소자에서는, 광학 소자 중의 광로 길이에 의해 근적외광의 흡수량이 변한다. 그래서 렌즈의 경우에는, 광축상을 나아가 는 광선에 대해서도, 광축으로부터 떨어진 궤적을 통과하는 광선에 대해서도, 렌즈 중의 광로 길이를 가능한 한 가까이하는 것이 바람직하다. 이와 같은 요구를, 본 발명의 렌즈를 렌즈계의 어느 위치에 배치할지에 의해서도 만족시킬 수 있고, 렌즈의 형상을 메니스커스 형상으로 함으로써 만족시킬 수 있다.

메니스커스 렌즈는 양 돌출 렌즈, 평 돌출 렌즈, 양 오목 렌즈 혹은 평 오목 렌즈와 비교하면, 광축상에서의 두께와 광축으로부터 떨어진 부분의 두께가 가까운 값이 된다. 따라서, 양 돌출 렌즈, 평 돌출 렌즈, 양 오목 렌즈 혹은 평 오목 렌즈와 비교하여, 메니스커스 렌즈는 상기 요구에 합치한 렌즈라고 말할 수 있다.

특히, 렌즈의 제 1 면의 유효 광학경상의 일점과, 제 2 면의 유효 광학경상의 일점을 이은 최단 거리와 렌즈의 광축상에서의 두께의 비를 0.7~1.3의 범위로 함으로써, 렌즈를 투과하는 광의 근적외광 흡수량을 광축으로부터의 거리가 바뀌어도 거의 일정하게 할 수 있어, 그 결과, 색 얼룩이 적은 화상을 얻을 수 있다.

광학 소자를 구성하는 유리를 구리 함유 플루오로 인산 유리로 함으로써, 인산 유리와 비교하여 내후성이 높은 광학 소자를 실현할 수 있다. 그 결과, 장기에 걸쳐 사용해도, 표면이 부옇게 되는 등의 문제가 발생하지 않는 광학 소자를 제공할 수 있다.

광학 소자의 종류, 형상 등에 대해서는 특별히 한정은 없으나, 비구면 렌즈, 구면 렌즈, 마이크로 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘, 회절 격자, 렌즈 부착 프리즘, 회절 격자 부착 렌즈 등에 매우 적합하다.

용도면에서는, 근적외광 흡수 기능을 가지는 촬상계를 구성하는 광학 소자, 예를 들면 디지털 카메라의 렌즈나 카메라 부착 휴대 전화의 카메라용 렌즈 등에 매우 적합하다.

광학 소자의 표면에는 회절 격자를 형성하고, 광 로우패스 필터 기능을 부여해도 무방하다. 광 로우패스 필터는 공간 주파수가 높은 광이 반도체 촬상 소자의 단일 화소에 입사함으로써 일어나는 의색이나 무아레 색의 발생을 방지하는 기능을 다한다.

그외, 광학 소자의 표면에는 필요에 따라 반사 방지막 등의 광학 박막을 형성해도 무방하다.

이와 같이 비구면 렌즈나 회절 격자 부착 렌즈를 제조하는 경우, 유리를 연마하여 만드는 것보다도, 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 광학 소자를 제공하는 쪽이, 수고도 비용도 들이지 않고 해결된다.

이하, 정밀 프레스 성형에 의한 방법도 포함하여, 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 제 1 광학 소자의 제조 방법은 상기 유리 또는 상기 제법으로 제작한 유리를 정밀 프레스 성형하는 방법이다.

정밀 프레스 성형은 몰드 옵틱스 성형이라고도 불리고, 해당 기술 분야에서 주지의 방법이다. 광학 소자에 있어서, 광선을 투과하거나, 굴절시키거나, 회절시키거나, 반사시키거나 하는 면을 광학 기능면(렌즈를 예로 들면, 비구면 렌즈의 비구면이나 구면 렌즈의 구면 등의 렌즈면이 광학 기능면에 상당함)이라고 하는데, 정밀 프레스 성형에 의하면, 프레스 성형틀의 성형면을 정밀하게 유리에 전사함으 로써 프레스 성형에 의해 광학 기능면을 성형할 수 있어, 광학 기능면을 완성하기 위하여 연삭이나 연마 등의 기계 가공을 가할 필요가 없다.

따라서, 본 양태는 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자, 회절 격자 부착 렌즈, 프리즘, 렌즈 부착 프리즘, 회절 격자 및 렌즈 부착 프리즘 등의 광학 소자의 제조에 매우 적합하고, 특히 비구면 렌즈를 높은 생산성 하에 제조하는 방법으로서 적합하다.

본 양태의 방법에 의하면, 모두 상기 광학 특성을 가지는 광학 소자를 제작할 수 있음과 동시에, 유리의 전이 온도(Tg)가 낮아 프레스 성형 온도를 낮게 할 수 있으므로, 프레스 성형틀의 성형면으로의 손상이 저감되어, 성형틀의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 프리폼을 구성하는 유리가 높은 안정성을 가지므로, 재가열, 프레스 공정에 있어서도, 유리의 실투를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 유리 용해로부터 최종 제품을 얻는 일련의 공정을 높은 생산성 하에서 행할 수 있다.

정밀 프레스 성형에 사용하는 프레스 성형틀로서는, 공지된 것, 예를 들면 탄화 규소, 지르코니아, 알루미나 등의 내열성 세라믹스의 틀재의 성형면에 이형막을 설치한 것을 사용할 수 있는데, 그 중에서도 탄화 규소제의 프레스 성형틀이 바람직하고, 이형막으로서는 탄소 함유막 등을 사용할 수 있다. 내구성, 비용면에서 특히 카본 막이 바람직하다.

정밀 프레스 성형에서는, 프레스 성형틀의 성형면을 양호한 상태로 유지하기 위하여 성형시의 분위기를 비산화성 가스로 하는 것이 바람직하다. 비산화성 가스로서는 질소, 질소와 수소의 혼합 가스 등이 바람직하다.

본 양태의 방법에서 이용되는 정밀 프레스 성형의 방법으로서, 이하에 나타내는 정밀 프레스 성형 방법 1과 2의 2개의 방법을 제시할 수 있다.

(정밀 프레스 성형방법 1)

정밀 프레스 성형방법 1은, 프레스 성형틀에 상기 프리폼을 도입하고, 상기 프레스 성형틀과 프리폼을 함께 가열하여 정밀 프레스 성형하는 것이다.

이 정밀 프레스 성형방법 1에 있어서, 프레스 성형틀과 상기 프리폼의 온도를 모두, 프리폼을 구성하는 유리가 10⁶~10¹²dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 가열하여 정밀 프레스 성형을 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유리가 바람직하게는 10¹²dPa·s 이상, 보다 바람직하게는 10¹⁴dPa·s 이상, 더욱 바람직하게는 10¹⁶dPa·s 이상의 점도를 나타내는 온도까지 냉각하고 나서, 정밀 프레스 성형품을 프레스 성형틀로부터 취출하는 것이 바람직하다.

상기한 조건에 의해, 프레스 성형틀 성형면의 형상을 유리에 의해 정밀하게 전사할 수 있음과 동시에, 정밀 프레스 성형품을 변형하지 않고 취출할 수 있다.

(정밀 프레스 성형방법 2)

정밀 프레스 성형 방법 2는, 예열한 프레스 성형틀에, 가열한 프리폼을 도입하여 정밀 프레스 성형하는 것이다.

이 정밀 프레스 성형방법 2에 따르면, 상기 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하기 전에 미리 가열하므로, 사이클 타임을 단축화하면서, 표면 결함이 없는 양호 한 면정밀도를 가지는 광학 소자를 제조할 수 있다.

또한 프레스 성형틀의 예열 온도는, 프리폼의 예열 온도보다도 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 프레스 성형틀의 예열 온도를 낮게 함으로써, 프레스 성형틀의 소모를 저감할 수 있다.

정밀 프레스 성형 2에 있어서, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 10⁹dPa·s 이하, 보다 바람직하게는 10⁹dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프리폼을 부상하면서 예열하는 것이 바람직하고, 또한 상기 프리폼을 구성하는 유리가 10^5.5~10⁹dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 보다 바람직하며, 10^5.5dPa·s 이상 10⁹dPa·s 미만의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 프레스 개시와 동시, 또는 프레스의 도중에 유리의 냉각을 개시하는 것이 바람직하다.

또한 프레스 성형틀의 온도는 상기 프리폼의 예열 온도보다도 낮은 온도로 조온하는데, 상기 유리가 10⁹~10¹²dPa·s의 점도를 나타내는 온도를 표준으로 하면 된다.

이 방법에 있어서, 프레스 성형 후, 상기 유리의 점도가 10¹²dPa·s 이상까 지 냉각하고 나서 이형하는 것이 바람직하다.

정밀 프레스 성형된 광학 소자는 프레스 성형틀로부터 취출되어, 필요에 따라 서냉된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우에는, 필요에 따라 표면에 광학 박막을 코팅해도 무방하다.

이상이 제 1 광학 소자의 제조 방법인데, 상술한 방법 이외에도, 예를 들면 유리를 연삭, 연마하여 렌즈로 가공하는 제2 광학 소자의 제조 방법도 있다. 이 방법은, 용융 유리를 유출시켜 유리 성형체를 성형하고, 어닐한 후에 기계 가공을 실시하여 본 발명의 광학 소자를 제조하는 것이다. 예를 들면, 상술한 원주봉 형상의 유리 성형체를 원주축에 대하여 수직 방향으로부터 슬라이드 가공하고, 얻어진 원주 형상의 유리에 연삭, 연마 가공을 실시하여 각종 렌즈 등의 광학 소자를 만들 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들 예에 의해 전혀 한정되는 것이 아니다.

실시예 1-1(근적외 흡수 유리재 로트의 제조예)

우선, 유리 원료로서, 불화물, 메타 인산 화합물, 산화물 등을 사용하여 표1에 나타낸 조성을 가지는 No.A 및 No.B의 유리가 되도록 상기 원료를 칭량하고, 충분히 혼합한 후, 뚜껑에 의해 밀폐된 백금 도가니에 투입하고 전기 로에서 790~850℃에서 교반하면서 건조 질소 분위기 중에서 가열 용해했다. 백금 도가니 내에는 상시, 노점 -30℃ 이하의 건조 질소 가스를 흘려 넣는 동시에, 일정 시간 도가니 내에서 체재한 가스가 도가니 밖으로 배출되도록 하여, 분위기의 치환을 연속해서 행했다. 또한 배기한 가스는 필터를 통하여 청정화되고, 외부로 배출했다.

이와 같은 상태에서 용융한 유리를 상기 분위기 치환을 행하면서 청징, 균질화하고, 얻어진 용융 유리를 온도 제어한 파이프로부터 일정 유량으로 연속하여 유출시키고, 건조 질소 분위기 중에서 주형으로 흘려 넣어 둥근 봉 형상의 유리로 성형했다. 성형한 유리를 전이 온도 부근에서 유지하여 유리의 내부와 표면의 온도차를 저감하고, 전이 온도 부근에서 1시간 어닐링하고, 어닐링 로 내에서 서냉 강온 속도를 30℃/hr로 실온까지 서냉하여, 표 1에서 나타내는 유리를 얻었다. 또한, 건조 질소 분위기 대신에 건조 공기 분위기로 해도 무방하다. 또한, 유출한 고온의 유리 표면에 건조 질소나 건조 공기 등의 건조 가스를 내불어 유리 표면의 냉각을 촉진함으로써, 유리 표면으로부터의 근소한 휘발을 억제할 수 있다.

얻어진 각 유리를 현미경에 의해 확대 관찰한 결과, 결정의 석출이나 원료의 용해 잔여물는 보이지 않았다.

얻어진 광학 유리에 대하여, 파장 546.07nm에서의 굴절률(ne), 파장 587.56nm에서의 굴절률(nd), 유리 전이 온도(Tg)를 이하와 같이 하여 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

(1) 굴절률(ne), 굴절률(nd)

일본 광학 유리 공업회 규격 JOGIS 01-1994 "광학 유리의 굴절률의 측정 방법"에 기초하여 굴절률(ne), 굴절률(nd)을 측정했다.

(2) 유리 전이 온도(Tg)

이학 전기 주식회사의 열기계 분석 장치에 의해 강온 속도를 4℃/min으로 하여 측정했다.

이와 같이 하여, No.A 및 No.B의 각 유리에 대하여, 5개의 둥근 봉을 성형하고, 각 둥근봉으로부터 잘라낸 굴절률 측정용 시료의 굴절률을 측정한 결과, 굴절률(ne), 굴절률(nd) 모두 표 1에 나타낸 값이 되었다.

		No.A	No.B
양이온%
	P5+	27.8	28.8
	Al3+	18.2	13.9
	Li+	20.4	23.3
	Na+	0.0	7.4
	K+	0.0	0.0
	R+	20.4	30.7
	Mg2+	6.0	3.1
	Ca2+	9.4	6.5
	Sr2+	10.9	4.7
	Ba2+	6.1	4.0
	R'2+	32.4	18.3
	Zn2+	0.0	5.3
	R''2+	32.4	23.6
	Y3+	0.0	0.0
	Cu2+	1.2	3.0
합계		100.0	100.0
음이온%
	F-	48.4	40.9
	O2-	51.6	59.1
합계		100.0	100.0
굴절률(ne)		1.51480	1.52301
굴절률(nd)		1.51314	1.52115
유리 전이 온도(Tg) (℃)		370	330

(주) R⁺는 Li⁺, Na⁺ 및 K⁺의 합계 함유량

R^'2+는 Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺ 및 Ba²⁺의 합계 함유량

R^''2+는 R^'2+와 Zn²⁺의 합계 함유량

다음으로, No.A 및 No.B의 각 유리를 평판 형상으로 가공함과 동시에, 대향하는 양면을 광학 연마하여 투과율 측정용의 시료를 만들었다. 그리고 분광 투과율 측정 장치를 이용하여 각 시료의 분광 투과율을 측정했다. 얻어진 측정 결과로부터, 파장 615nm에서 투과율이 50%가 되는 판 두께를 구하고, 상기 판 두께에서, 각 자료의 대표적인 파장에서의 투과율을 측정 결과로부터 구했다. 또한 상기 판 두께의 시료를 제작하여 투과율 측정을 행해도, 상기 환산 결과와 동일한 수치가 되는 것으로부터, 각 시료의 광학적인 균질성을 확인할 수 있었다.

표 2에 No.A 및 No.B의 유리에 대하여, 파장 615nm에서 투과율이 50%가 되는 두께, 상기 두께에서의 대표적인 파장에서의 투과율을 나타낸다.

이와 같이, No.A 및 No.B의 유리 모두, 반도체 촬상 소자의 색 감도 보정용의 유리로서 양호한 성능을 가지는 것을 확인했다.

		No.A	No.B
투과율(%)
	400nm	88	85
	500nm	91	90
	600nm	64	59
	615nm	50	50
	700nm	10	7
	800nm	2	1
	900nm	2	1
	1000nm	5	3
	1100nm	10	9
	1200nm	19	19
두께(mm)		1.0	0.45

실시예 1-2(광학 소자의 제조예)

다음으로, 실시예 1-1에서 얻어진 둥근 봉 형상의 유리를 길이 방향으로 수직으로 절단하고, 연삭, 연마하여 구면 렌즈와 프리즘을 제작했다.

이어서, 실시예 1-1에서 얻어진 둥근 봉 형상의 유리를 길이 방향으로 수직으로 절단하고, 연삭, 연마하여 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제작했다.

다음으로, 주형을 바꾸고 용융 유리로부터 판 형상 유리를 성형했다. 이어서 판 형상 유리를 서냉하고, 절단, 연삭, 연마하여 구면 렌즈와 프리즘 등의 광학 소자를 만들었다. 또한, 판 형상 유리를 절단, 연삭, 연마하여 정밀 프레스 성형용 프리폼을 제작했다.

상기한 바와 같이 하여 얻은 프리폼을, 도 1에 도시한 프레스 장치를 이용하여 정밀 프레스 성형하고 비구면 렌즈를 얻었다. 구체적으로는 프리폼(4)을, 상틀(1), 하틀(2) 및 동체틀(3)로 이루어지는 프레스 성형틀의 하틀(2)과 상틀(1)의 사이에 설치한 후, 석영관(11) 내를 질소 분위기로 하고 히터(12)에 통전하여 석영관(11) 내를 가열했다. 프레스 성형틀 내부의 온도를, 성형되는 유리가 10⁸~10¹⁰dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 설정하고, 동 온도를 유지하면서, 누름 봉(13)을 강하시켜 상틀(1)을 눌러 성형틀 내에 세팅된 프리폼을 프레스했다. 프레스의 압력은 8MPa, 프레스 시간은 30sec로 했다. 프레스 후, 프레스의 압력을 해제하고, 프레스 성형된 유리 성형품을 하틀(2) 및 상틀(1)과 접촉시킨 채로 상기 유리의 점도가 10¹²dPa·s 이상이 되는 온도까지 서냉하고, 이어서 실온까지 급냉하고 유리 성형품을 성형틀로부터 취출하여 비구면 렌즈를 얻었다. 얻어진 비구면 렌즈는, 극히 높은 면정밀도를 가지는 것이었다.

또한 도 1에 있어서, 참조 부호(9)는 지지봉, 참조 부호(10)은 하틀 및 동체틀 홀더, 참조 부호(14)는 열전대이다.

정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는, 필요에 따라 반사 방지막을 설치했다.

다음으로, 상기 각 프리폼과 동일한 프리폼을, 상기한 방법과는 다른 방법으로 정밀 프레스 성형했다. 이 방법에서는, 우선 프리폼을 부상하면서, 프리폼을 구성하는 유리의 점도가 10⁸dPa·s가 되는 온도로 프리폼을 예열했다. 한편, 상틀, 하틀, 동체틀을 구비하는 프레스 성형틀을 가열하여 상기 프리폼을 구성하는 유리가 10⁹~10¹²dPa·s의 점도를 나타내는 온도로 하고, 상기 예열한 프리폼을 프레스 성형틀의 캐비티 내로 도입하고, 10MPa에서 정밀 프레스 성형했다. 프레스 개시와 함께 유리와 프레스 성형틀의 냉각을 개시하고, 성형된 유리의 점도가 10¹²dPa·s 이상이 되기까지 냉각한 후, 성형품을 이형하여 비구면 렌즈를 얻었다. 얻어진 비구면 렌즈는, 극히 높은 면 정밀도를 가지는 것이었다.

정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는, 필요에 따라 반사 방지막을 설치했다. 이와 같이 하여, 내부 품질이 높은 유리제 광학 소자를 고생산성으로, 게다가 고정밀도로 얻을 수 있었다.

다음으로, 상기 용융 유리를 파이프로부터 연속하여 주형에 흘려 넣고, 건조 질소 분위기 중에서 판 형상 유리로 성형하고, 서냉했다. 이어서 유리 내부를 관찰한 결과, 맥리는 보이지 않았다.

이 판형상 유리를 절단, 연삭, 연마하여 구면 렌즈를 제작했다.

다음으로, 상기 판 형상 유리를 절단, 연삭, 연마하여 프레스 성형용 재료로 하고, 이 재료를 가열, 연화, 프레스 성형하여 광학 소자 블랭크를 제작했다. 이 블랭크를 서냉하고 나서 연삭, 연마하여 구면 렌즈를 얻었다.

이들 광학 소자에는, 필요에 따라 반사 방지막이나 근적외광 반사막을 코팅해도 무방하다.

다음으로, 상기 용융 유리를 파이프로부터 떨어뜨려 금형상에 설치된 오목부에서 수용하고, 오목부로부터 가스를 분출하여 유리 방울을 부상, 회전시키면서 구 형상의 유리 성형체로 성형했다. 이 유리 성형체를 프리폼으로 하고, 정밀 프레스 성형하여 근적외광 흡수 유리로 이루어지는 비구면 렌즈를 얻었다. 또한, 구형상 유리 성형체를 서냉하고 나서 연마하여, 소정의 직경을 가지는 유리구로 하고, 이 유리구를 프리폼으로 하여 정밀 프레스 성형하고, 비구면 렌즈를 얻었다.

모든 광학 소자도 굴절률이 소수점 이하 5자리(유효 자리수 6자리)의 정밀도로 정해져 있으므로, 고성능의 광학 성능을 실현할 수 있다.

그리고, 다른 광학 유리를 사용한 렌즈와 조합하여 결상 광학계를 구성하고, 근적외광 흡수 유리로 이루어지는 비구면 메니스커스 렌즈가 반도체 촬상 소자측으로 오도록 상기 광학계와 촬상 소자의 위치를 고정했다. 촬상 소자는 화소수 200만 화소의 CCD를 이용하여 촬영한 결과, 선명하고 컬러 밸런스가 좋은 화상을 얻을 수 있었다. 상기 광학계의 근적외광 흡수 유리제 렌즈를, 동종의 근적외광 흡수 유리제 렌즈로 치환한 결과, 굴절률이 고정밀도로 일치했으므로, 렌즈 치환 후에도 양호한 화질을 얻을 수 있었다. 이와 같이 하여 임의로 선택한 근적외광 흡수 유리제 렌즈로 치환해도, 치환 전과 마찬가지로, 양호한 화질을 얻을 수 있었다.

본 발명에 따르면, 고성능의 근적외광 흡수 기능을 가지는 유리제 광학 소자의 양산을 가능하게 하는 근적외광 흡수 유리재 로트를 얻을 수 있고, 이 유리재 로트로부터 상기 특성을 가지는 광학 소자를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 측면이 하기에 기술된다.

본 발명의 렌즈는 Cu²⁺를 포함하는 플루오로 인산염 유리를 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 렌즈이다. Cu²⁺는 근적외광을 흡수하는 성질이 있으므로, CCD, CMOS 등의 반도체 촬상 소자의 색감도를 보정할 수 있다. 또한, CU²⁺를 포함하는 베이스가 되는 조성이 플루오로 인산계의 조성이므로, 색감도 보정에 매우 적합한 투과율 특성을 실현하면서, 우수한 내후성을 가지는 렌즈를 제공할 수 있다. 정밀 프레스 성형에 대해서는 후술한다.

본 발명의 바람직한 양태는, 중심축 부분에서의 두께를 to[mm], 상기 유리 중의 Cu²⁺의 함유량을 M_cu[양이온 %]로 했을 때, M_cu×to가 0.9[양이온%·mm] ~ 1.6[ 양이온%·mm]의 범위에 있는 렌즈이다.

렌즈의 중심에 입사하는 광선의 렌즈 내 광로 길이는, 렌즈에 입사하는 광의 방향에 따라 제각각인데, 렌즈가 중심축에 대하여 대칭이므로, 상기 각 광선의 평균을 구하면, 렌즈 중심에 입사하는 광선의 렌즈 내 광로 길이는 렌즈 중심축을 따라 나아가는 광선의 렌즈 내 광로 길이에 의해 대표된다. 따라서, 이 대표적인 광로 길이에 대하여 색감도 보정 기능에 적합한 함유량 Mcu의 Cu²⁺를 포함하는 유리를 이용하여 렌즈를 성형하면, 보다 양호한 색감도 보정을 행할 수 있다. 이와 같은 관점으로부터, Mcu×to의 바람직한 범위는 1.0~1.6 양이온%·mm, 보다 바람직한 범위는 1.0~1.5 양이온%·mm, 더욱 바람직한 범위는 1.05~1.4 양이온%·mm이다.

본 발명의 더욱 바람직한 양태는, 상기 양태의 렌즈[Mcu×to가 0.9 양이온%·mm ~ 1.6 양이온%·mm의 범위에 있는 렌즈]로서, 유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하의 플루오로 인산염 유리로 이루어지고, 광축 부분에서의 두께 to가 0.6mm 이상인 렌즈이다.

유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하로 낮은 유리에서는, 유리가 소정의 점도를 나타내는 온도도 전체적으로 낮아지고, 유리의 용융 온도도 낮아지므로, 유리의 투과율 특성을 악화시키는 Cu²⁺로부터 Cu⁺로의 가수 변화를 억제할 수 있다. 그러나, 상기와 같이 유리 전이 온도가 400℃ 이하로 극히 낮으면, 정밀 프레스 성형시에서의 적정한 유리의 가열 온도폭이 좁아져 버린다. 즉, 상기 가열 온도가 너무 높으면, 유리가 발포해 버려 균질한 렌즈를 얻을 수 없게 되고, 한편 가열 온도가 너무 낮으면, 고점도의 유리를 무리하게 프레스 하게 되므로, 유리가 깨지기 쉽게 되어 안정적으로 렌즈를 얻을 수 없다. 정밀 프레스 성형으로 얇은 렌즈를 성형하려고 하면, 정밀 프레스 성형용의 유리 예비 성형체, 즉 프리폼을 얇은 형상으로 프레스 하지 않으면 안되어 두꺼운 렌즈를 성형하는 경우와 비교하여 유리가 파손되기 쉬어진다. 그래서, 본 양태는 유리로서 유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하인 플루오로 인산염 유리를 이용하고, 또한 렌즈의 광축 부분(중심축)에서의 두께 to를 0.6mm 이상으로 하여 정밀 프레스 성형시의 렌즈의 파손을 저감한다. 유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하인 플루오로 인산염 유리는 플루오로 인산염 유리의 조성을 이하와 같이 조정함으로써 얻을 수 있다. 즉, P⁵⁺, 알칼리 토류 금속 이온을 필수 양이온 성분으로 하고, 임의 양이온 성분으로서, Al³⁺, Zn²⁺, 알칼리 금속 이온 등을 도입하고, 음이온 성분으로서 F^-, O^2-를 포함하고, 이 조성에 적량의 Cu²⁺를 도입함으로써, 유리 전이 온도(Tg)가 400℃ 이하인 플루오로 인산염 유리를 조제할 수 있다. 또한, 상기 플루오로 인산염 유리의 유리 전이 온도(Tg)의 하한에 특별히 제한은 없으나, 300℃를 표준으로 하여, 플루오로 인산염 유리의 유리 전이 온도(Tg)의 바람직한 범위는 300~400℃의 범위이다.

또한, to를 0.6mm 이상으로 함으로써, 적정한 Mcu를 감소시킬 수도 있다. 그 결과, 광축 부분에서의 렌즈내 광로 길이와 광축으로부터 떨어진 부분에서의 렌즈 내 광로 길이의 차가 있어도, 상기 두께가 얇은 렌즈와 비교하여, 각 광로를 통과하는 광선의 광투과량의 차를 작게 할 수 있으므로, 렌즈면 전역에 있어 보다 양호한 색보정을 행할 수 있다. 또한, 적정한 Mcu를 감소시킴으로써, 다음과 같은 효과를 얻을 수도 있다.

렌즈를 구성하는 유리의 투과율에 대하여 착목하면, 파장 615nm에서 투과율이 50%가 되는 두께에서의 분광 투과율 특성이, 색감도 보정에 직접 영향을 미친다. Mcu가 많으면 상기 두께에서의 파장 350nm~400nm의 투과율이 감소하고, 근적외광을 커트할 수 있으나, 청색광의 투과율이 저하되므로, 화상의 색 밸런스가 악화될 우려가 발생한다. 그에 대하여 to를 0.6mm 이상으로 함으로써, Mcu가 비교적 작아도 양호하게 적외광을 커트할 수 있는 적외광 흡수성을 부여할 수 있고, 또한 상기 광축에 있어서 두께에서의 파장 350nm~400nm의 투과율을 높게 유지할 수 있다. 그 결과, 전체적으로 보다 양호한 색감도 보정의 성능을 가지는 렌즈가 얻어진다. 이와 같은 관점으로부터 to를 0.7mm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.75mm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 0.8mm 이상으로 하는 것이 한층 더 바람직하고, 0.9mm 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

정밀 프레스 성형에 지장이 없으면, 상기 두께의 상한에는 특별히 제한은 없으나, 색감도 보정 필터 기능과 렌즈 기능을 하나의 광학 소자에 부여하여 촬상 광학계를 컴팩트화한다는 목적으로부터, to를 5mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태는 메니스커스 형상을 가지는 렌즈이다. 메니스커스 렌즈는, 중심축 부분의 두께와 중심축으로부터 떨어진 부분의 두께의 차가, 양 돌출 렌즈나 양 오목 렌즈, 평 돌출 렌즈, 평 오목 렌즈보다도 작다, 따라서, 본 발명과 같이 일정 조성의 유리로 이루어지는 렌즈에서는, 중심축에 가까운 부분을 통과하는 광선의 렌즈내 광로 길이와 중심축으로부터 떨어진 부분을 통과하는 광선의 렌즈내 광로 길이의 차를 작게 할 수 있어 상기 2개의 광선에서의 광투과량의 차를 작게 할 수 있다. 그리고, 중심축 부분에서의 두께를 상기 범위로 함으로써, 렌즈면 전역에 걸쳐, 반도체 촬상 소자의 색감도 보정에 필요한 색보정을 양호하게 행할 수 있다, 본 양태의 보다 바람직한 양태는 돌출 메니스커스 렌즈(정 메니스커스 렌즈라고도 함)이다. 또한, 본 발명의 렌즈는 후술하는 바와 같이, 2개의 렌즈면에 더하여 2개의 차양 형상 평탄부를 가지는 것일 수 있다.

본 발명의 렌즈는 플루오로 인산염 유리로 이루어지고, 플루오로 인산염 유리는 굴절률(nd)이 대략 1.45~1.58의 범위에 있다. 상기 범위의 굴절률(nd)의 유리로 이루어지는 렌즈는 촬상 광학계의 촬상 소자측에 배치하는 것이 유리하고, 그 때문에 정의 파워를 가지는 돌출 메니스커스 렌즈로 하는 것이 촬상 광학계를 구성하는 데에 있어 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 렌즈의 재료로서 매우 적합한 유리에 대하여 설명한다. 우선, 함유량 Mcu의 Cu²⁺를 포함하는 경우, 우수한 내후성, 내실투성을 보이는 베이스 유리인 것이 요망된다. 또한, 용융시에 Cu²⁺로부터 Cu⁺로 가수 변화하여 색감도 보정 기능이 손상되지 않기 위하여, 저온에서 용융 가능한 유리인 것이 요망된다.

이와 같은 요망을 만족시키는 유리로서는, 예를 들면 양이온% 표시로,

P⁵⁺ 11~43%,

Al³⁺ 1~29%,

Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺를 합계로 14~50%,

Li⁺, Na⁺ 및 K⁺를 합계로 0~43%,

La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Si⁴⁺, B³⁺, Zr⁴⁺ 및 Ta⁵⁺를 합계로 0~12%,

Cu²⁺ 0.5% 이상,

Sb³⁺ 0~0.1%,

를 포함하고, 또한 음이온% 표시로,

F^- 10~80%

를 함유하는 플루오로 인산염 유리를 들 수 있다.

Cu를 포함하는 유리로서는, 일반적으로 인산염 유리 및 플루오로 인산염 유리가 있다. 인산염 유리는 내후성이 나쁜 것이 대하여, 플루오로 인산염 유리는 내후성이 우수하다. 플루오로 인산염 유리 중에서도, 알루미늄의 함유량이 많아지면, 내후성이 좋아진다. 그러나, 알루미늄의 양이 과잉하게 되면, 용융성이 저하된다. 그러나, 용융성이 저하된 유리의 경우, 용융 온도를 상승시켜 원료의 용해 잔여물이 없도록 하면, Cu 이온이 환원되어 색감도 보정 기능이 악화되어 버린다. 파장 400nm 부근의 투과율이 저하되어 버려 투과시키고자 하는 파장역의 광의 양이 저하되어 버리게 된다. 본 발명에서 이용하는 상기 유리 조성은 유리의 내후성, 용융성 및 색감도 보정 기능의 밸런스에 배려한 조성이다.

이 Cu²⁺ 함유 플루오로 인산염 유리는 유리 골격을 형성하는 성분으로서의 P⁵⁺를 베이스로 하고, 그 위에, 양산하기에 충분한 내실투성을 유지하고, 또한 내후성을 향상시키는 Al³⁺ 및 2가 양이온(Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺의 적어도 일종 이상의 양이온)을 필수 성분으로서 함유한다. 또한, 이 유리는 용융시에 유리의 점도를 낮추어 저온에서의 용융을 가능하게 하기 위한 알칼리 금속 이온(Li⁺, Na⁺ 및 K⁺의 적어도 일종 이상의 양이온), 투과율 특성에 영향을 주지 않고 내마모성을 개선하기 위한 양이온(La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Si⁴⁺, B³⁺, Zr⁴⁺ 및 Ta⁵⁺의 적어도 일종 이상의 양이온)을 임의 성분으로서 함유할 수 있다. 부가하여 이 유리는, 이 조성에, Sb³⁺를 Cu의 가수 조정을 위하여 임의로 첨가할 수 있다.

유리의 내후성 및 투과율 특성은 플루오로 인산염 유리 중의 2가 양이온 성분의 종류, 함유량을 변화시켜도 크게 변화하지 않고, 2가 양이온 성분의 일부를 알칼리 금속 이온이나, La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Si⁴⁺, B³⁺, Zr⁴⁺, Ta⁵⁺로 치환하거나, F^-의 일부를 O^2-로 치환해도 상기 특성이 대폭 변화하지는 않는다. 따라서, 일정 범위 내에서, 2가 양이온 성분의 종류, 함유량을 변화시키거나, 2가 양이온 성분의 일부의 치환, F^-의 일부의 O^2-에서의 치환은 가능하다. 이 점에 대해서는 후술한다.

이하 특별히 기재하지 않는 한, 양이온의 함유량을 양이온 %, 음이온의 함유량을 음이온 %로 표시한다.

P⁵⁺는 상기한 바와 같이 유리 골격을 형성하는 성분이다. 단, P⁵⁺가 11% 미만에서는 유리화가 곤란해지고, 43%를 넘으면 내후성의 저하를 초래하게 된다. 따라서, P⁵⁺의 양은 11~43%로 하는 것이 적당하다. P⁵⁺의 양은, 바람직하게는 20~40%, 보다 바람직하게는 23~35%의 범위이다.

Al³⁺는 내후성을 향상시키는 유효한 성분이다. 단, Al³⁺가 1% 미만에서는 그 효과를 얻기 어렵고, 29%를 넘으면 유리의 용융성이 저하된다. 따라서, Al³⁺의 양은 1~29%의 범위로 하는 것이 적당하다. Al³⁺의 양은 바람직하게는 5~20%, 보다 바람직하게는 8~18%의 범위이다.

Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺은 유리의 내후성의 향상에 유효한 성분이다.단, Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 Zn²⁺의 합계량이 14% 미만이면, 유리화하기 어려워지고, 50%를 넘으면 실투하기 쉬워진다. 따라서, 상기한 합계량은 14~50%의 범위로 하는 것이 적당하다. 상기한 합계량은, 바람직하게는 18~40%, 보다 바람직하게는 20~35%의 범위이다.

Li⁺, Na⁺ 및 K⁺은 임의 성분이다. Li⁺, Na⁺ 및 K⁺의 합계량이 43%를 넘으면, 유리의 내후성이 저하되는 경향이 있다. 따라서, Li⁺, Na⁺ 및 K⁺의 합계량은 0~43%의 범위로 하는 것이 적당하다. 이 합계량은, 바람직하게는 5~38%, 보다 바람직하게는 15~35%의 범위이다.

La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Si⁴⁺, B³⁺, Zr⁴⁺ 및 Ta⁵⁺도 임의 성분이다. 이들 성분은, 투과율 특성을 손상시키지 않고 내마모성을 개선하는 역할을 하는데, 그 합계량이 12%를 넘으면 유리의 안정성이 저하되는 경향이 있다. 그래서, La³⁺, Y³⁺, Gd³⁺, Si⁴⁺, B³⁺, Zr⁴⁺ 및 Ta⁵⁺의 합계량은 0~12%로 하는 것이 적당하다. 이 합계량은, 바람직한 범위는 0~10%, 보다 바람직한 범위는 0~5%, 더욱 바람직한 범위는 0~2%이다.

Cu²⁺는 근적외역 흡수를 위한 필수 양이온으로서, 0.5% 미만에서는 그 흡수가 불충분해지고, 또한 균질하게 유리 중에 도입하는 것이 어려워진다. 따라서, 그 양은 0.5% 이상으로 하는 것이 적당하다. 또한, Cu²⁺의 함유량 상한은 렌즈의 두께 to의 하한과의 관계에 의해 정해지는데, 두께 to를 고려하지 않고 유리로서의 안정성이 얻어지는 상한량을 상한으로 한다면, 8% 이하가 적당하고, 5% 이하로 하는 것이 바람직하며, 4% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Sb³⁺는 임의 성분이다. Sb³⁺는 0~0.1%의 범위에서 함유시킴으로써, 파장 400nm 부근의 투과율을 향상시키는 역할을 한다.

F^-는 유리 이전 온도를 낮추고, 내후성 향상에 기여하는 필수 성분이다. F^-의 양이 10% 미만이면 내후성이 저하되는 경향이 있고, 80%를 넘으면 Cu 이온이 Cu⁺가 되기 쉬어져, 파장 400nm 부근의 투과율이 저하되는 경향이 있다. 따라서, F^-의 양은 10~80%의 범위로 하는 것이 적당하다. F^-의 양은, 바람직하게는 17~80%, 보다 바람직하게는 25~60%, 더욱 바람직하게는 25~50%의 범위이다.

상기 유리는 플루오로 인산염 유리이므로, 음이온의 전 잔량을 O^2-로 하는 것이 소망의 투과율 특성을 얻기 위하여 바람직하다.

다음으로 상기 조성에서의 Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺의 각 량에 대하여 설명한다.

내실투성을 향상시키는 측면으로부터 상기 조성 범위 내에서, Ba²⁺의 함유량은 0~8%로 하는 것이 바람직하고, 1~8%로 하는 것이 보다 바람직하며, 2~8%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺의 조성 범위도 내실투성을 향상시키는 측면에서, 이하 범위로 하는 것이 바람직하다. 즉, Sr²⁺의 함유량은 0~15%로 하는 것이 바람직하고, 1~15%로 하는 것이 보다 바람직하며, 2~14%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

Ca²⁺의 함유량에 대해서는, 0~15%의 범위가 바람직하고, 3~15%의 범위가 보다 바람직하며, 3~13%의 범위가 더욱 바람직하다.

Mg²⁺의 함유량에 대해서는, 0~10%의 범위가 바람직하고, 1~10%의 범위가 보다 바람직하며, 1~6%의 범위가 더욱 바람직하다.

Zn²⁺의 함유량에 대해서는, 0~6%의 범위가 바람직하고, 0~5%의 범위가 보다 바람직하다

다음으로 상기 조성에서의 Li⁺, Na⁺, K⁺의 각 량에 대하여 설명한다.

내실투성을 개선하고, 내구성을 악화시키지 않는 측면에서, 상기 조성 범위 내에서 Li⁺의 양을 0~40%로 하는 것이 바람직하고, 5~40%의 범위가 보다 바람직하며, 10~35%의 범위가 더욱 바람직하다.

Na⁺, K⁺의 하기 조성 범위도, 내실투성을 개선하고, 내구성을 악화시키지 않는 측면에서 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 즉, Na⁺의 함유량은 0~13%의 범위가 바람직하고, 0~10%의 범위가 보다 바람직하며, 0~9%의 범위가 더욱 바람직하다.

K⁺의 함유량은 0~5%의 범위가 바람직하고, 0~4%의 범위가 보다 바람직하며, 0~3%의 범위가 더욱 바람직하다.

상기 조성 중에서도, 상기 모든 특성을 좋게 하면서 양산성을 높이는 측면에서, 양이온에 대해서는, P⁵⁺, Al³⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Li⁺, Na⁺, Cu²⁺, Sb³⁺의 합계량을 99% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 100%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 유리는 SiO₂를 함유할 수도 있다. 특개평 10-194777호 공보에는, SiO₂는 유리를 안정화시키는 효과가 있다고 기재되어 있다. 그러나, SiO₂를 함유하는 유리는 용융성이 저하되고, 용융성이 저하되면 용융 온도를 높이지 않으면 안되고, 그 결과, Cu 이온이 환원되어 색감도 보정 기능이 저하될 우려가 발생한다. 따라서, 이와 같은 점을 고려하면, 상기 유리는 SiO₂를 포함할 수는 있으나, 포함하지 않는 쪽이 바람직하고, 상기와 같이 양이온에 대해서는, P⁵⁺, Al³⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Li⁺, Na⁺, Cu²⁺, Sb³⁺의 합계량을 100%로 하는 것이 더욱 바람직하다.

다음으로, 렌즈의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 렌즈는, 유리 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 얻어지는 렌즈로서, 그 제조 방법인, 유리 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 것을 포함하는 렌즈의 제조 방법도 본 발명에 포함된다.

우선, 렌즈의 제조 방법에서는, 상술한 렌즈를 구성하는 플루오로 인산염 유리로 이루어지는 유리 프리폼이 제조된다. 유리 프리폼을 만들기 위하여, 불화물, 산화물, 인산염, 수산화물, 탄산염 등의 유리 원료를 조합하고, 충분히 혼합하여 용융 용기 내에 도입하고 뚜껑을 씌워 가열하고, 800~900℃에서 용융하고, 이어서 청징, 균질화한다.

균질한 용융 유리를 파이프로부터 유출하여 주형에 주입하고, 두꺼운 판 형상의 유리 성형체로 성형한다. 이 성형체를 어닐하여 뒤틀림을 제거하고, 절단, 연삭, 연마하여 매끈한 표면을 가지는 구 형상의 프리폼을 제작한다. 혹은, 균질한 용융 유리를 파이프로부터 떨어뜨려 얻어진 유리 방울을 성형틀에서 받고, 성형틀에 설치된 바닥부에 가스를 위를 향하게 하여 분출하는 가스 분출구를 가지는 나팔 형상의 오목부에서, 유리 방울을 랜덤 방향으로 회전하여 구 형상 프리폼으로 성형해도 무방하다. 이와 같이하여 만든 프리폼을 상틀, 하틀, 슬리브틀을 포함하는 틀 부품에 의해 구성되는 프레스 성형틀로 프레스 성형하여 렌즈를 얻는다.

프레스 성형틀의 틀재의 가공 및 틀재의 재질, 상틀, 하틀의 성형면에 형성하는 이형막, 이형막의 형성법, 정밀 프레스 성형을 행하는 분위기의 종류 등은 공지의 기술을 적용하면 된다.

예를 들면, 먼저 구 형상 프리폼을, 슬리브틀의 관통홀 내에 삽입한 오목면 형상의 하틀 성형면의 중심에 배치하고, 하틀 성형면에 성형면이 대향하도록 상틀을 슬리브틀의 관통홀 내로 삽입한다. 이 상태에서 프리폼과 프레스 성형틀을 함께 가열하고, 프리폼을 구성하는 유리의 온도가, 예를 들면 10⁶dPa·s의 점도를 나타내는 온도까지 상승했을 때, 상틀과 하틀로 프리폼을 가압한다. 가압된 프리폼은 상틀, 하틀, 슬리브틀에 의해 둘러싸인 공간(캐비티라고 함) 내로 눌려 퍼진다. 이와 같이 하여 유리제 프리폼을 프레스하고, 프레스 성형틀을 닫은 상태에서 형성되는 밀폐 공간 내에 유리를 충전한다.

틀이 닫힌 상태에서의 상틀, 하틀, 슬리브틀의 각 성형면의 상대 위치, 면 법선이 이루는 각도를 정밀하게 형성해 놓는다. 이와 같은 프레스 성형틀을 사용하여 상기 성형을 행한다면, 광학 기능면과 위치 결정 기준면을 서로 고정밀도의 위치 관계, 각도로 형성할 수 있다.

상틀 성형면의 중앙부를 렌즈의 광학 기능면인 렌즈면을 전사 성형하는 면으로 하고, 주변부를 차양 형상 평탄부를 전사 성형하는 둥근 띠 형상의 평면으로 한다. 하틀 성형면에 대해서도 동일하게, 중앙부를 렌즈면을 전사 성형하는 면, 주변부를 차양 형상 평탄부를 전사 성형하는 둥근 띠 상의 평면으로 한다. 프레스 성형 종료까지 상하틀의 방향을 서로 대향하도록, 또한 상하틀의 중심축이 일치하도록 정확히 유지한다.

프레스 성형틀을 닫은 상태에서 형성되는 밀폐 공간 내에 유리를 충전함으로써, 슬리브틀 관통홀의 내면이 유리에 전사된다. 슬리브틀 관통홀의 중심축과 상기 관통홀 내면의 각도를 정밀하게 형성해 두고, 프레스 성형 종료까지 상기 관통홀의 중심축과 상하 틀 중심축이 정밀하게 일치하도록 유지함으로써, 2개의 렌즈면, 2개의 차양 형상 평탄부, 슬리브틀의 내면이 전사 성형되는 렌즈의 엣지의 상대 위치, 서로의 면이 이루는 각도를 정확하게 형성할 수 있다. 그리고, 2개의 차양 형상 평탄부 중 일방과 엣지를 위치 결정 기준면으로 하여, 차양 형상 평탄부 중 일방을 렌즈간의 거리를 정확하게 위치 결정하는 기준면으로 하여 사용하고, 엣지를 렌즈간의 광축을 정확하게 일치시키기 위한 기준면으로 하여 사용할 수 있다.

또한, 엣지와 차양 형상 평탄부가 교차되는 모서리를 자유 표면으로 형성하는 것이 바람직하다. 에지와 차양 형상 평탄부가 형성되어 있으면, 위치 결정 기능에 지장을 가져올 우려는 없고, 게다가 모서리가 예리하게 되어 있으면, 홀더에 끼울 시에 모서리가 깨지거나, 모서리가 홀더를 깎아 버려, 발진의 원인이 되어 버린다. 먼지가 촬상 소자의 수광면에 부착하면 화질이 대폭 저하되어 버리므로, 이와 같은 문제를 방지하는 측면에서, 자유 표면으로 이루어지는 모서리를 가지는 정밀 프레스 성형품을 성형하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 제작한 렌즈에는 필요에 따라 반사 방지막이나 근적외광 반사막 등의 광학 다층막을 형성해도 무방하다.

[실시예]

다음으로, 본 발명의 실시예를 설명한다.

표 3은 본 실시예의 프리폼 및 렌즈를 형성하는 유리의 조성과 특성이다.

먼저, 표 3에 나타내는 조성의 유리가 얻어지도록, 각 양이온 성분을 포함하는 인산염, 불화물, 산화물, 수산화물을 칭량, 조합하고, 충분히 혼합한다. 이와 같이 하여 얻어진 유리 원료를 용융 용기에 도입하고 뚜껑을 닫아 800~900℃에서 용융하고, 교반하여 청징, 교반 균질화를 행한 후, 파이프로부터 일정한 유량으로 유출하고, 연속적으로 주형에 주입하여 두꺼운 판 형상의 유리 성형체로 성형했다. 성형과 동시에 성형체를 수평 방향으로 인출하고, 연속식 서냉로에 넣어 어닐링한다. 어닐링한 유리 성형체를 절단, 연삭, 연마하여 표면이 매끄럽고 균질한 구형상 프리폼을 제작했다.

실시예		2-1	2-2	2-3
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	32.5	39.3
	Al3+	18.2	16.7	6.7
	Ba2+	6.1	13.5	19.4
	Sr2+	10.9	13.9	0.0
	Ca2+	9.4	13.9	5.8
	Mg2+	6.0	8.1	2.7
	Zn2+	0.0	0.0	10.3
	Li+	20.4	0.0	0.0
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	1.6
	Y3+	0.0	0.7	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	2.2
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	10.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	0.7	2.0
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	64.2	12.7
	O2-	52	37.8	87.3
유리 전이 온도(℃)		370	400 이하	400 이하
굴절률(ne)		1.514	-	-
굴절률(nd)		1.513	-	-
렌즈 형상		돌출 메니스커스	돌출 메니스커스	돌출 메니스커스
to(mm)		1.01	1.69	0.60
Mcu x to(양이온%­mm)		1.21	1.18	1.20
엣지 두께(mm)		0.55	0.93	0.51

표 3(계속)

실시예		2-4	2-5	2-6
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	32.5	39.3
	Al3+	18.2	16.7	6.7
	Ba2+	6.1	13.5	19.4
	Sr2+	10.9	13.9	0.0
	Ca2+	9.4	13.9	5.8
	Mg2+	6.0	8.1	2.7
	Zn2+	0.0	0.0	10.3
	Li+	20.4	0.0	0.0
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	1.6
	Y3+	0.0	0.7	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	2.2
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	10.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	0.7	2.0
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	64.2	12.7
	O2-	52	35.8	87.3
유리 전이 온도(℃)		370	400 이하	400 이하
굴절률(ne)		1.514	-	-
굴절률(nd)		1.513	-	-
렌즈 형상		돌출 메니스커스	돌출 메니스커스	돌출 메니스커스
to(mm)		1.08	1.86	0.67
Mcu x to(양이온%­mm)		1.30	1.30	1.34
엣지 두께(mm)		0.62	1.14	0.53

도 3(계속)

실시예		2-7	2-8	2-9
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	32.5	39.3
	Al3+	18.2	16.7	6.7
	Ba2+	6.1	13.5	19.4
	Sr2+	10.9	13.9	0.0
	Ca2+	9.4	13.9	5.8
	Mg2+	6.0	8.1	2.7
	Zn2+	0.0	0.0	10.3
	Li+	20.4	0.0	0.0
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	1.6
	Y3+	0.0	0.7	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	2.2
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	10.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	0.7	2.0
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	64.2	12.7
	O2-	52	35.8	87.3
유리 전이 온도(℃)		370	400 이하	400 이하
굴절률(ne)		1.514	-	-
굴절률(nd)		1.513	-	-
렌즈 형상		돌출 메니스커스	돌출 메니스커스	돌출 메니스커스
to(mm)		1.18	2.06	0.72
Mcu x to(양이온%­mm)		1.42	1.44	1.44
엣지 두께(mm)		0.74	1.22	0.55

표 3(계속)

실시예		2-10	2-11	2-12
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	32.5	39.3
	Al3+	18.2	16.7	6.7
	Ba2+	6.1	13.5	19.4
	Sr2+	10.9	13.9	0.0
	Ca2+	9.4	13.9	5.8
	Mg2+	6.0	8.1	2.7
	Zn2+	0.0	0.0	10.3
	Li+	20.4	0.0	0.0
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	1.6
	Y3+	0.0	0.7	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	2.2
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	10.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	0.7	2.0
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	64.2	12.7
	O2-	52	35.8	87.3
유리 전이 온도(℃)		370	400 이하	400 이하
굴절률(ne)		1.514	-	-
굴절률(nd)		1.513	-	-
렌즈 형상		돌출 메니스커스	돌출 메니스커스	돌출 메니스커스
to(mm)		1.28	2.17	0.77
Mcu x to(양이온%­mm)		1.54	1.52	1.53
엣지 두께(mm)		0.69	1.3	0.5

표 3(계속)

실시예		2-13	2-14	2-15
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	32.5	39.3
	Al3+	18.2	16.7	6.7
	Ba2+	6.1	13.5	19.4
	Sr2+	10.9	13.9	0.0
	Ca2+	9.4	13.9	5.8
	Mg2+	6.0	8.1	2.7
	Zn2+	0.0	0.0	10.3
	Li+	20.4	0.0	0.0
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	1.6
	Y3+	0.0	0.7	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	2.2
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	10.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	0.7	2.0
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	64.2	12.7
	O2-	52	35.8	87.3
유리 전이 온도(℃)		370	400 이하	400 이하
굴절률(ne)		1.514	-	-
굴절률(nd)		1.513	-	-
렌즈 형상		오목 메니스커스	오목 메니스커스	오목 메니스커스
to(mm)		1.33	2.24	0.79
Mcu x to(양이온%­mm)		1.59	1.57	1.57
엣지 두께(mm)		0.8	1.4	0.5

표 3(계속)

실시예		2-16	2-17	2-18
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	32.5
	Al3+	18.2	18.2	16.7
	Ba2+	6.1	6.1	13.5
	Sr2+	10.9	10.9	13.9
	Ca2+	9.4	9.4	13.9
	Mg2+	6.0	6.0	8.1
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.4	0.0
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.7
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	0.7
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	64.2
	O2-	52	52	35.8
유리 전이 온도(℃)		370	400 이하	370
굴절률(ne)		1.514	-	1.514
굴절률(nd)		1.513	-	1.513
렌즈 형상		돌출 메니스커스	돌출 메니스커스	돌출 메니스커스
to(mm)		0.93	1.56	0.85
Mcu x to(양이온%­mm)		1.11	1.09	1.02
엣지 두께(mm)		0.55	0.02	0.51

표 3(계속)

실시예		2-19	2-20	2-21
유리 조성
(양이온%)	P5+	32.5	32.5	27.8
	Al3+	16.7	16.7	18.2
	Ba2+	13.5	13.5	6.1
	Sr2+	13.9	13.9	10.9
	Ca2+	13.9	13.9	9.4
	Mg2+	8.1	8.1	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	0.0	0.0	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.7	0.7	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	0.7	0.7	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	64.2	64.2	48
	O2-	35.8	35.8	52
유리 전이 온도(℃)		400 이하	400 이하	370
굴절률(ne)		-	-	1.514
굴절률(nd)		-	-	1.513
렌즈 형상		돌출 메니스커스	돌출 메니스커스	돌출 메니스커스
to(mm)		1.40	1.29	0.76
Mcu x to(양이온%­mm)		0.98	0.90	0.91
엣지 두께(mm)		0.79	0.74	0.52

표 3(계속)

실시예		2-22	2-23	2-24
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	27.8
	Al3+	18.2	18.2	18.2
	Ba2+	6.1	6.1	6.1
	Sr2+	10.9	10.9	10.9
	Ca2+	9.4	9.4	9.4
	Mg2+	6.0	6.0	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.4	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	48
	O2-	52	52	52
유리 전이 온도(℃)		370	370	370
굴절률(ne)		1.514	1.514	1.514
굴절률(nd)		1.513	1.513	1.513
렌즈 형상		오목 메니스커스	오목 메니스커스	오목 메니스커스
to(mm)		0.77	0.87	0.93
Mcu x to(양이온%­mm)		0.92	1.04	1.11
엣지 두께(mm)		1.07	1.20	1.35

표 3(계속)

실시예		2-25	2-26	2-27
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	27.8
	Al3+	18.2	18.2	18.2
	Ba2+	6.1	6.1	6.1
	Sr2+	10.9	10.9	10.9
	Ca2+	9.4	9.4	9.4
	Mg2+	6.0	6.0	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.4	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	48
	O2-	52	52	52
유리 전이 온도(℃)		370	370	370
굴절률(ne)		1.514	1.514	1.514
굴절률(nd)		1.513	1.513	1.513
렌즈 형상		오목 메니스커스	오목 메니스커스	오목 메니스커스
to(mm)		0.99	1.07	0.60
Mcu x to(양이온%­mm)		1.19	1.28	1.20
엣지 두께(mm)		1.39	1.54	1.68

표 3(계속)

실시예		2-28	2-29	2-30
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	27.8
	Al3+	18.2	18.2	18.2
	Ba2+	6.1	6.1	6.1
	Sr2+	10.9	10.9	10.9
	Ca2+	9.4	9.4	9.4
	Mg2+	6.0	6.0	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.0	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	48
	O2-	52	52	52
유리 전이 온도(℃)		370	370	370
굴절률(ne)		1.514	1.514	1.514
굴절률(nd)		1.513	1.513	1.513
렌즈 형상		오목 메니스커스	오목 메니스커스	오목 메니스커스
to(mm)		1.18	1.23	1.31
Mcu x to(양이온%­mm)		1.41	1.48	1.57
엣지 두께(mm)		1.77	1.79	1.85

표 3(계속)

실시예		2-31	2-32	2-33
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	27.8
	Al3+	18.2	18.2	18.2
	Ba2+	6.1	6.1	6.1
	Sr2+	10.9	10.9	10.9
	Ca2+	9.4	9.4	9.4
	Mg2+	6.0	6.0	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.4	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	48
	O2-	52	52	52
유리 전이 온도(℃)		370	370	370
굴절률(ne)		1.514	1.514	1.514
굴절률(nd)		1.513	1.513	1.513
렌즈 형상		양돌출	양돌출	양돌출
to(mm)		0.76	0.83	0.90
Mcu x to(양이온%­mm)		0.91	1.00	1.08
엣지 두께(mm)		0.53	0.48	0.51

표 3(계속)

실시예		2-34	2-35	2-36
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	27.8
	Al3+	18.2	18.2	18.2
	Ba2+	6.1	6.1	6.1
	Sr2+	10.9	10.9	10.9
	Ca2+	9.4	9.4	9.4
	Mg2+	6.0	6.0	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.4	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	48
	O2-	52	52	52
유리 전이 온도(℃)		370	370	370
굴절률(ne)		1.514	1.514	1.514
굴절률(nd)		1.513	1.513	1.513
렌즈 형상		양돌출	양돌출	양돌출
to(mm)		1.02	1.09	1.21
Mcu x to(양이온%­mm)		1.22	1.31	1.45
엣지 두께(mm)		0.51	0.61	0.65

표 3(계속)

실시예		2-37	2-38	2-39
유리 조성
(양이온%)	P5+	27.8	27.8	27.8
	Al3+	18.2	18.2	18.2
	Ba2+	6.1	6.1	6.1
	Sr2+	10.9	10.9	10.9
	Ca2+	9.4	9.4	9.4
	Mg2+	6.0	6.0	6.0
	Zn2+	0.0	0.0	0.0
	Li+	20.4	20.4	20.4
	Na+	0.0	0.0	0.0
	K+	0.0	0.0	0.0
	La3+	0.0	0.0	0.0
	Y3+	0.0	0.0	0.0
	Yb3+	0.0	0.0	0.0
	Gd3+	0.0	0.0	0.0
	Si4+	0.0	0.0	0.0
	B3+	0.0	0.0	0.0
	Zr4+	0.0	0.0	0.0
	Ta5+	0.0	0.0	0.0
	Cu2+(Mcu)	1.2	1.2	1.2
	Sb3+	0.0	0.0	0.0
(음이온%)	F-	48	48	48
	O2-	52	52	52
유리 전이 온도(℃)		370	370	370
굴절률(ne)		1.514	1.514	1.514
굴절률(nd)		1.513	1.513	1.513
렌즈 형상		양돌출	평돌출	평돌출
to(mm)		1.31	1.02	1.28
Mcu x to(양이온%­mm)		1.57	1.22	1.54
엣지 두께(mm)		0.69	0.83	0.77

이렇게 하여 얻은 프리폼을 상틀, 하틀, 슬리브틀을 구비한 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형한다. 상틀 및 하틀의 각 성형면의 중앙부는 렌즈면을 전사하는 부분이고, 이들 렌즈면을 전사하는 부분의 주위는 차양 형상 평탄부를 전사하는 평탄면이 되어 있다.

상하틀, 프리폼을 삽입하는 슬리브틀의 관통홀은 원통 형상이 되어 있어 슬라이드 운동을 방해하지 않는 범위에서 상하틀과의 틈을 최대한 작게 하도록 되어 있다.

가열, 연화하고 프리폼을 상하틀로 프레스하면, 유리는 프레스 성형틀 내의 캐비티에 눌려 퍼지고, 캐비티 전역에 충전된다.

이와 같이 하여 상하틀 성형면이 전사된 렌즈면(111) 및 (112), 차양 형상 평탄부(113a, 113b)와, 슬리브틀 관통홀의 내면이 전사된 엣지부(114)를 구비한 렌즈가 정밀 프레스 성형된다.

얻어진 렌즈의 개관 단면 형상을 도 2a 내지 2d에 도시함과 동시에, 렌즈의 종류, to, Mcu×to의 값, 엣지 두께를 표 3에 나타낸다. 도 2a는 돌출 메니스커스 렌즈, 도 2b는 오목 메니스커스 렌즈, 도 2c는 양 돌출 렌즈, 도 2d는 평 돌출 렌즈로서, 렌즈는 모두 차양 형상 평탄부를 가진다.

이와 같이 하여 유리 조성, 형상, 치수의 조합으로부터, 표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1~2-39에 상당하는 렌즈를 정밀 프레스 성형에 의해 성형한다.

상기에서 얻어진 각 근적외광 흡수 유리로 이루어지는 렌즈 1장과, 구리를 포함하지 않는 필터 기능이 없는 광학 유리로 이루어지는 렌즈를 조합하여 촬상 광학계를 구성하고, CCD나 CMOS의 수광면에 피사체의 상을 결상하여 화상을 본 결과, 모두, 화면 전체에 색감도 보정된 화상이었다.

또한, 렌즈면에는 필요에 따라, 회절 격자를 상기 정밀 프레스 성형으로 형성하고, 광 로우패스 필터 기능 부착 렌즈로 해도 무방하다.

또한, 렌즈 표면에 반사 방지막이나 적외광 반사막 등의 광학 다층막을 코팅해도 무방하다.

이와 같이 하여 비구면 렌즈 형상이나 구면 렌즈 형상의 각종 렌즈를 제작할 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 정신을 일탈하지 않고 다양한 변형이 가능하다는 것을 이 기술분야의 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 첨부한 청구범위는 본 발명의 정신과 범위내의 모든 변형물을 포함하려 한다.

Claims (18)

1. 구리를 함유하는 근적외광 흡수 유리 재료로 이루어지는 근적외광 흡수 유리재의 제조 방법에 있어서,

   상기 근적외광 흡수 유리재의 로트는 파장 546.07nm에서의 굴절률(n_e)의 공차가 ±0.001 미만인 유리재로 구성되어 정밀 프레스 성형에 의해 렌즈를 양산하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 굴절률(n_e)의 공차는 상기 유리재를 유리 전이 온도로부터 30℃/hr 이하의 소정의 강온 속도로 25℃까지 냉각한 상태에서의 굴절률(n_e)의 공차인 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 유리재가 불소 함유 유리인 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 유리재가 정밀 프레스 성형용 프리폼인 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재의 제조 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 유리재가 유리판 또는 유리봉인 것을 특징으로 하는 근적외광 흡수 유리재의 제조 방법.
6. 근적외광 흡수 유리재 로트를 사용하여 광학 소자를 양산하는 광학 소자의 제조 방법에 있어서,

   상기 근적외광 흡수 유리재 로트는 구리를 함유하는 근적외광 흡수 유리 재료로 이루어지고, 파장 546.07nm에서의 굴절률(n_e)의 공차가 ±0.001 미만인 유리재로 구성되는 단계; 및

   상기 근적외광 흡수 유리재 로트를 정밀 프레스 성형에 의해 렌즈를 양산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 굴절률(n_e)의 공차는 상기 유리재를 유리 전이 온도로부터 30℃/hr 이하의 소정의 강온 속도로 25℃까지 냉각한 상태에서의 굴절률(n_e)의 공차인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 근적외광 흡수 유리재 로트를 가열하여 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 정밀 프레스 성형에 의해 제작한 정밀 프레스 성형품을 기계 가공하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
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