KR101205677B1 - 광학유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법과광학 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

광학유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법과광학 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

필수 성분으로써 P2O5, Bi2O3, Nb2O5, TiO2를 함유하고, 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16% 함유하고, 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 인산염 광학유리. 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, TiO2를 0%초과 30%이하, WO3를 1～40%, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16%, B2O3를 0～14% 함유하고, 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 인산염 광학유리. 고굴절률 고분산 특성을 가지고, 정밀 프레스 성형에 매우 적합한 광학유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼과 제조 방법, 및 상기 광학유리로 된 광학 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
인산염, 광학유리, 프레스, 프리폼(preform), 광학소자

Description

광학유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법과 광학 소자 및 그 제조 방법{Optical Glass, Preform for Precision Press Molding and Manufacturing Method of the Same, Optical Element and Manufacturing Method of the Same}
도 1은 비구면 렌즈를 정밀 프레스 성형하기 위한 프레스 장치의 개략도이다.
본 발명은, 고굴절률이고, 저온 연화성을 가지는 광학유리, 상기 유리로 된 정밀 프레스 성형용 프리폼(preform) 및 그 제조 방법과 상기 유리로 된 광학 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 디지탈 카메라, 카메라 기능을 가진 휴대전화, DVD 기록 장치 등의 보급에 따라, 이들 장치에 탑재되는 광학 소자의 수요가 폭발적으로 높아지고 있다. 예를 들면, 디지탈 카메라나 카메라 기능을 가진 휴대전화 등에서는, 심플한 구성으로 고성능인 촬상 광학계를 얻기 위해서, 비구면 렌즈가 사용되고 있다. 또한, DVD 기록 장치에서는 기록 미디어에 데이터를 입력하거나, 미디어에 기록된 정보를 읽어내거나 하기 위해서 픽업 렌즈로 불리는 렌즈나, 데이터를 읽고 쓰는데 사용하는 레이저 빔을 시준(視準)하기 위한 렌즈가 사용되고 있다.
이들 유리제(製) 렌즈는 연삭, 연마 가공이 어렵고, 높은 생산성을 얻지 못하고, 상기 수요를 충족시키지 못한다는 문제가 있다. 그래서, 종래의 연마 가공과는 완전히 다른 방법에 의해 상기 광학 소자의 양산이 이루어지고 있다.
이 방법은, 정밀 프레스 성형으로 불리고 있는 방법으로(몰드 옵틱스(mold optics) 성형이라고도 불린다), 미리 정밀하게 가공한 프레스 성형틀을 이용하여, 이 프레스 성형틀의 성형면을 정밀하게 광학유리로 전사(轉寫)하는 것에 의해, 비구면 렌즈 등의 종래의 연삭, 연마 가공으로는 높은 생산성을 얻을 수 없었던 광학 소자를 저비용으로 양산하는 것을 가능하게 하고 있다.
이와 같이 정밀 프레스 성형법은 종래의 연삭, 연마 가공에 의한 광학 소자의 제조법과는 확연히 구분되는 것이기 때문에, 자연히 두 가지 법에서 사용되는 유리 재료에 요구되는 성질은 다르다. 연삭, 연마 가공용의 유리 재료에는, 연삭, 연마하기 쉬운 경도(硬度)나, 연마시에 표면이 변질하지 않는다는 성질이 특히 요구되는데 반해, 정밀 프레스 성형용의 유리 재료에는, 저온 연화성이 요구된다. 그 이유는, 정밀 프레스 성형에서는 고가의 프레스 성형틀의 수명을 늘리기 위해, 유리를 비교적 저온으로 프레스 성형할 필요가 있는데, 그것을 위해서는 유리가 비교적 저온에서 연화될 필요가 있기 때문이다.
따라서, 종래부터 알려져 있는 광학유리의 조성계도, 이 유리를 정밀 프레스 성형용에 사용하는 데 있어서는, 상기 관점으로부터 처음부터 조성의 구축을 이루 지 않으면 안 된다는 것이 해당 기술 분야에 있어서의 현상이다.
이상이, 정밀 프레스 성형에 관한 배경 기술이다. 이어서, 상기 광학 소자에 사용되는 유리로써 특히 유용한 고굴절률 고분산 유리에 대해서 설명한다. 이러한 유리로써는, 종래, 일본공개특허공보 평1－308843호에 기재되어 있는 것과 같은 PbO를 다량으로 함유하는 유리가 알려져 있었다. 그러나, 이러한 유리를 정밀 프레스 성형에 사용하면 다음과 같은 문제가 생긴다.
정밀 프레스 성형은 프레스 성형틀의 성형면의 산화에 의한 열성화(劣性化)를 방지하기 위해, 불활성 공기 또는 약환원(弱還元) 공기 중에서 행해진다. 이러한 공기 중에서 PbO를 다량으로 함유한 유리를 정밀 프레스 성형하면 유리 중의 Pb가 환원되어 금속납으로써 유리 표면에 석출하고, 이것이 프레스 성형틀의 성형면에 부착하여 얻어지는 광학 소자의 면정밀도를 저하시킨다. 또한, 성형면에 부착한 금속납을 제거하는데는 생산을 정지하고 관리 작업을 하지 않으면 안되기 때문에, 높은 생산성을 얻는데 있어서 큰 방해가 되어 버린다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 만들어진 것으로, 고굴절률, 고분산 특성을 갖추어 정밀 프레스 성형에 매우 적합한 광학유리, 상기 광학유리로 된 정밀 프레스 성형용 프리폼과 그 제조 방법, 상기 광학유리로 된 광학 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은 이하와 같다.
(1) 필수 성분으로써 P2O5, Bi2O3, Nb2O5, TiO2를 함유한 인산염 광학유리에 있어서,
몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량 (몰%)의 3배 미만, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16% 함유하고, 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
(2) 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, TiO2를 0%초과 30%이하, WO3를 1～40%, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16%, B2O3를 0～14% 함유하고, 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서,
Bi2O3 함유량에 대한 Na2O 함유량의 비율 Na2O/Bi2O3(몰비)가 1.5이하인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서,
22중량%를 초과하는 Bi2O3를 함유한 인산염 광학유리.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,
Bi2O3, Nb2O5, TiO2 및 WO3의 합계 함유량이 40몰%이상인 인산염 광학유리.
(6) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,
Bi2O3, Nb2O5, TiO2 및 WO3의 합계 함유량이 42몰%를 초과하는 인산염 광학유리.
(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서,
정밀 프레스 성형에 이용하는 유리인 인산염 광학유리.
(8) (7)에 기재된 인산염 광학유리로 된 정밀 프레스 성형용 프리폼.
(9) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 인산염 광학유리로 된 광학 소자.
(10) 용융유리를 유출하여, 유리제품의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 있어서,
용융유리를 유출하고 상기 프리폼의 중량과 상등하는 중량의 용융유리 덩어리를 분리하고, 상기 유리 덩어리가 냉각되는 과정에서 (7)에 기재된 인산염 광학유리로 된 프리폼으로 성형하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.
(11) 광학유리로 된 프리폼을 가열, 정밀 프레스 성형하는 유리제품의 광학 소자의 제조 방법에 있어서,
(8)에 기재된 프리폼 또는 (10)에 기재된 제조 방법에 의해 제작한 프리폼을 사용하는 광학 소자의 제조 방법.
(12) (11)에 있어서,
프레스 성형틀에 상기 프리폼을 도입하고, 프레스 성형틀과 상기 프리폼을 함께 가열하여, 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
(13) (11)에 있어서,
프레스 성형틀과 상기 프리폼을 따로 예열하고, 예열한 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
발명을 실시하기 위한 바람직한 형태
［인산염 광학유리 및 그 제조 방법］
본 발명의 인산염 광학유리는 2개의 실시태양을 가진다.
제1 태양(유리 I이라고 한다)은, 필수 성분으로써 P2O5, Bi2O3, Nb2O5, TiO2를 포함한 인산염 광학유리에 있어서, 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16% 함유하고, 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 것을 특징으로 한다.
제2의 태양(유리 II라고 한다)은, 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, TiO2를 0%초과 30%이하, WO3를 1～40%, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16%, B2O3를 0～14% 함유하고, 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 것을 특징으로 한다.
상기 유리는 모두, P2O5를 네트워크 형성 성분으로 하는 인산염 유리로, 고굴절률, 고분산 특성을 실현하고, 동시에 유리의 안정성을 유지하기 위해서, 유리 성분으로써 Bi2O3, Nb2O5, TiO2가 공존하고 있다. 유리의 굴절률을 높이기 위해서는, 이들 고굴절률 부여 성분을 증량하지만, 그에 따라, 유리의 안정성은 저하한다. 그러나, Bi2O3에 대해서는 비교적 이 경향이 작다. 본 발명은 이 점에 주목하여, 증량에 의해 비교적 유리의 안정성을 저하 시키기 쉬운 Nb2O5의 함유량을, Bi2O3 함유량과의 관계로 제한하는 것에 의해, 굴절률을 높이면서 유리의 안정성도 유지하는 것을 가능하게 했다.
이하, 유리 I, 유리 II에 있어서의 각 성분의 기능과 조성 범위 한정의 이유에 대해서 설명한다. 또한, 각 성분의 함유량, 합계 함유량은 특별히 언급하지 않는 한, 몰%로 표시하고, 함유량끼리의 비율, 함유량과 합계 함유량의 비율은 몰비로 표시한다.
P2O5는, 네트워크 형성 성분으로, 제조 가능한 안정성을 부여하기 위한 필수 성분이다. 과소 도입에 의해 유리의 실투경향이 강해지고, 과잉 도입에 의해 유리전이온도가 상승하며, 정밀 프레스 성형에 부적합해지는 동시에, 굴절률이 저하하고, 아베수(Abbe's number)도 증대되어 버린다. 따라서, 그 함유량을 12～34%, 바람직하게는 14～30%, 보다 바람직하게는 16～28%로 한다.
Bi2O3는, 고굴절률, 고분산 특성을 부여하고, 유리의 내후성이나 안정성을 높이는 필수 성분이다. 과소 도입에 의해 굴절률이 저하하고, 아베수도 증대되어 버린다. 한편, 과잉 도입에 의해 실투경향이 강해지는 동시에, 유리가 착색되어 버린다. 따라서, 그 함유량을 6%초과 28%이하, 바람직하게는 상기 범위 내에 있어서 22중량%초과, 보다 바람직하게는 23중량%초과, 더욱 바람직하게는 25중량%초과, 한 층 더 바람직하게는 15몰%초과로 한다.
Nb2O5는, PbO를 사용하지 않고 고굴절률, 고분산 특성을 부여하기 위한 필수 성분이다. 과소 도입에 의해 굴절률이 저하하고, 아베수도 증대되어 버린다. 한편, 과잉 도입에 의해 유리의 안정성이 악화되고, 고온 용해성도 악화된다. 또한, 유리전이온도가 상승하고, 정밀 프레스 성형시에 유리가 발포하거나 착색되는 등 정밀 프레스 성형에 부적합해진다. 따라서, 그 함유량은, 0%를 초과하는 동시에 Bi2O3 함유량의 3배 미만, 바람직하게는 30중량%미만, 보다 바람직하게는 12～25%로 한다.
또한, Bi2O3 함유량에 대한 Nb2O5 함유량의 비율 Nb2O5/Bi2O3(몰비)는 2.1이하로 하는 것이 바람직하고, 2.0이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 1.9이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 1.83이하로 하는 것이 한층 더 바람직하다.
TiO2는, 고굴절률, 고분산 특성을 부여하고, 유리의 안정성을 높이는 필수 성분이다. 과소 도입에 의해 굴절률이 저하하고, 아베수도 증대되는 동시에, 유리의 안정성이 악화된다. 한편, 과잉 도입에 의해 실투경향이 강해지는 동시에, 착색이 강해지고, 유리전이온도나 액상온도가 급상승해 버린다. 또한, 정밀 프레스 성형에 의해 유리가 착색되기 쉬워진다. 따라서, 유리 I에 대해서는, TiO2를 필수 성분, 즉 함유량을 0%초과로 하고, 바람직하게는 1～30%, 보다 바람직하게는 1～24%, 더욱 바람직하게는 1～18%, 한층 더 바람직하게는 2～12%로 한다. 유리 II에 대해서는, TiO2의 함유량을 1～30%, 바람직하게는 1～24%, 보다 바람직하게는 1～18%, 더욱 바람직하게는 2～12%로 한다.
Li2O는, 유리의 안정성을 향상시키는 동시에, 유리전이온도나 액상온도를 저하시키고, 정밀 프레스 성형에 사용하는 프레스 성형틀과의 접착성을 억제하여, 이형성(離型性)을 향상시키는 기능을 하는 임의 성분이다. 또한, 유리의 용해성을 향상시키는 기능도 한다. 과잉 도입에 의해, 유리의 안정성이 저하되고, 굴절률이 저하되며, 아베수도 증대된다. 따라서, 그 함유량은, 0～28%, 바람직하게는 상기 범위에 있어서 3중량%초과로 한다.
Na2O도 유리의 안정성을 향상시키는 동시에, 유리전이온도나 액상온도를 저하시키고, 정밀 프레스 성형에 사용하는 프레스 성형틀과의 접착성을 억제하여, 이형성(離型性)을 향상시키는 기능을 하는 임의 성분이다. 또한, 유리의 용해성을 향상시키는 기능도 한다. 과잉 도입에 의해, 유리의 안정성이 저하되고, 굴절률이 저하되며, 아베수도 증대된다. 따라서, 그 함유량은, 0～16%, 바람직하게는 상기 범위에 있어서 5중량%미만, 보다 바람직하게는 4.5중량%미만으로 한다.
WO3는, PbO를 사용하지 않고 고굴절률, 고분산 특성을 부여하고, 저온에서 정밀 프레스 성형을 가능하게 하기 위한 성분으로, 유리 II에 대해 필수 성분이다. 정밀 프레스 성형에 사용하는 프레스 성형틀과의 접착성을 억제하여, 이형성(離型性)을 향상시키는 기능을 한다. 과소 도입으로는 상기 효과를 얻지 못하고, 또한 정밀 프레스 성형시에 유리가 발포하기 쉬워진다. 한편, 과잉 도입에 의해, 유리가 착색되기 쉬워지는 동시에, 고온에 있어서의 점성이 낮아지므로, 용융상태의 유리 로부터 직접, 정밀 프레스 성형에 사용하는 프리폼을 성형하기 어려워진다. 따라서, 유리 I에 대해서는, 그 함유량을 1～40%로 하는 것이 바람직하고, 1～24%로 하는 것이 보다 바람직하고, 2～16%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 유리 II에 있어서도, 그 함유량을 1～40%, 바람직하게는 1～24%, 보다 바람직하게는 2～16%로 한다.
또한, 원하는 고굴절률, 고분산을 얻기 위해서는 Bi2O3, Nb2O5, TiO2 및 WO3의 합계 함유량(Bi2O3＋Nb2O5＋TiO2＋WO3)을 40%이상으로 하는 것이 바람직하고, 42%초과로 하는 것이 보다 바람직하고, 42.5%이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 43%이상으로 하는 것이 한층 바람직하고, 45%초과로 하는 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 상한은, 85%이하로 하는 것이 바람직하고, 70%이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
B2O3는, 유리의 용해성을 향상시키고, 균질화에 유효한 임의 성분이다. 소량 도입에 의해, 유리 내부의 OH의 결합성을 바꾸고, 정밀 프레스 성형시에 유리의 발포를 억제하는 기능을 하지만, 과잉 도입에 의해, 고굴절률의 부여와 높은 유리 안정성의 부여를 양립시키는 것이 어려워진다. 따라서, 유리 II에 있어서, 그 함유량은 0～14%로 하고, 바람직하게는 0～10%, 보다 바람직하게는 0～8%로 한다. 유리 I 에 있어서도 B2O3의 함유량을 상기 각 범위로 하는 것이 바람직하다.
BaO는 유리 I, II에 있어서 임의 성분으로, 굴절률이나 유리의 안정성을 높 이고 액상온도를 저하시키는 기능을 한다. WO3의 도입에 의한 유리의 착색 경향을 억제하는 기능도 한다. 과잉 도입에 의해, 유리의 실투경향이 강해지는 동시에, 유리전이온도도 상승하고, 정밀 프레스 성형에 부적합해진다. 따라서, 그 함유량을 0～15%로 하는 것이 바람직하고, 0～10%로 하는 것이 보다 바람직하다.
ZnO도 유리 I, II에 있어서 임의 성분으로, 고굴절률, 고분산 특성을 부여하고, 유리전이온도나 액상온도를 저하시키는 기능을 한다. 과잉 도입에 의해, 유리의 실투경향이 강해지고, 액상온도가 상승한다. 따라서, 그 함유량을 0～15%로 하는 것이 바람직하고, 0～10%로 하는 것이 보다 바람직하다.
K2O도 유리 I, II에 있어서 임의 성분으로, 유리의 안정성을 향상시키는 동시에, 유리전이온도나 액상온도를 저하시키고, 정밀 프레스 성형에 사용하는 프레스 성형틀과의 접착성을 억제하여, 이형성(離型性)을 향상시키는 기능을 한다. 또한, 유리의 용해성을 향상시키는 기능도 한다. 과잉 도입에 의해, 유리의 안정성이 저하되고, 굴절률이 저하되며, 아베수도 증대된다. 따라서, 그 함유량을 0～14%, 바람직하게는 0～9%, 보다 바람직하게는 0～4%로 한다.
또한, 정밀 프레스 성형 온도를 상승시키는 일 없이 굴절률을 상승시키고, 동시에 유리의 내실투성을 향상시키는 것에 의해, 프리폼의 성형성이나 정밀 프레스 성형성을 향상시키는 데 있어서, Bi2O3 함유량에 대한 Na2O 함유량의 비율 Na2O/Bi2O3(몰비)를 3/2(1.5)이하(단, 상기 비율을 중량비로 했을 경우는 0.2미만)로 하는 것이 바람직하고, 10/7이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 4/3이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 5/4이하로 하는 것이 한층 더 바람직하다.
Sb2O3는 정화제로써 도입 가능하고, 유리의 착색을 방지하는데 있어서 유효한 첨가제이기도 하다. 특히 TiO2를 함유한 유리나 Bi2O3 함유량이 많은 유리에 있어서, 유리의 착색을 방지하는 기능을 하기 위해 유용한 성분이다. 따라서, 정화제로써 사용되는 범위로, 0%를 초과하는 양을 첨가하는 것이 바람직하고, 최대치 비율로 0.0001～1중량% 도입하는 것이 보다 바람직하다.
상기 모든 목적을 달성하는 데 있어서, P2O5, Bi2O3, Nb2O5, TiO2, WO3, Li2O, Na2O, K2O, B2O3, BaO, ZnO의 합계 함유량을 95%초과로 하는 것이 바람직하고, 97%초과로 하는 것이 보다 바람직하고, 98%초과로 하는 것이 더욱 바람직하고, 99%초과로 하는 것이 한층 더 바람직하고, 100%로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 상기 성분에 보태어 Sb2O3를 첨가한 유리도 바람직하다.
상기 유리 I, II는 PbO를 도입하지 않아도 원하는 굴절률, 분산 특성을 실현할 수 있다. 따라서, 유리 I, II는, 정밀 프레스 성형에 있어서 상기 문제 발생의 원인인 동시에 환경 영향이 염려되는 PbO를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 환경 영향상의 문제로부터, 유리 I, II는, Cd, Cr, As도 도입하지 않는 것이 바람직하다.
유리 I, II에는, 그 밖에, SiO2, La2O3, Y2O3, Gd2O3, ZrO2, Ta2O5, CaO, MgO, Cs2O, GeO2도 도입할 수 있다. 또한, 그 도입량은 합계로 5%미만에 그치는 것이 바 람직하고, 3%미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, 2%미만으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 1%미만으로 하는 것이 한층 바람직하고, 도입하지 않는 것이 한층 더 바람직하다.
또한, 상기 유리 I, II는 고가의 GeO2의 도입을 배제하는 것은 아니지만, GeO2를 도입하지 않고 소기의 광학 특성을 실현할 수 있기 때문에, 비용면에서 고려하면 GeO2도 도입하지 않는 것이 바람직하다. 그 경우, 상기 합계 함유량은 SiO2, La2O3, Y2O3, Gd2O3, ZrO2, Ta2O5, CaO, MgO 및 Cs2O의 합계 함유량으로 한다.
이어서 유리 I와 유리 II의 특성에 대해서 설명한다. 상기 유리는 모두 굴절률(nd)이 1.85를 초과한다. 이와 같이 고굴절률을 갖춘 유리는 굴절률이 그다지 높지 않은 것에 비해, 렌즈면의 곡률(曲率)을 크게 하지 않아도 초점거리의 단축화가 가능하고, 따라서, 광학 소자를 소형화할 수 있다는 장점을 가진다. 굴절률(nd)의 바람직한 범위는, 1.86이상, 보다 바람직한 범위는 1.91 초과, 한층 더 바람직한 범위는 2.0초과이다. 굴절률(nd)의 상한은 특별히 한정되어 있지 않다.
유리 I와 유리 II는, 고분산 특성을 나타낸다. 아베수(υd)에 의해 바람직한 범위를 나타내면 23.5미만이고, 보다 바람직한 범위는 22.5미만, 한층 더 바람직한 범위는 22.0미만이다. 아베수(υd)의 하한은 특별히 한정되어 있지 않다.
유리 I, II는 양쪽 다 저온 연화성을 가져, 정밀 프레스 성형에 매우 적합한 유리이다. 저온 연화성을 나타내는 지표로써는, 유리전이온도(Tg)를 이용할 수가 있 다. 유리전이온도(Tg)의 바람직한 범위는 480℃미만, 보다 바람직한 범위는 475℃미만, 한층 더 바람직한 범위는 470℃미만이다. 유리전이온도를 상기 범위로 하는 것에 의해, 정밀 프레스 성형시에 있어서의 프레스 성형틀의 성형면과 유리와의 반응을 억제하여 광학 소자의 정밀 프레스 성형성을 높일 수가 있다.
유리 I, II는 양쪽 다 상기 광학 특성, 저온 연화성뿐만 아니라 액상온도(液相溫度)가 낮다는 특징도 갖추고 있다. 유리 I, II에 있어서 액상온도의 바람직한 범위는 950℃이하이고, 보다 바람직한 범위는 920℃이하이고, 한층 더 바람직한 범위는 890℃이하이다. 액상온도가 낮으면 용융유리로부터 정밀 프레스 성형용 프리폼 등의 유리 성형체를 성형하는 경우, 유리를 실투시키는 일 없이 성형 온도를 저하시킬 수가 있고, 그 결과, 성형시의 유리의 점성을 높일 수가 있어, 성형이 용이하게 된다.
이러한 관점으로부터, 액상온도에 있어서의 유리의 점도를 상기 용융유리의 성형성의 지표라고 생각할 수도 있다. 유리 I, II에서는 액상온도에 있어서의 유리 점도의 바람직한 범위는, 3dPaㆍs이상, 보다 바람직한 범위는 4dPaㆍs이상이다. 이 특성은 용융유리로부터 직접, 정밀 프레스 성형용 프리폼을 성형하는 경우, 특히 중요하다.
이어서 유리 I, II의 착색도에 대해서 설명한다. 유리 I, II는 유리를 착색시키는 목적으로 Cu, Co등의 착색 이온을 첨가하지 않는 한, 가시광선 영역에 걸쳐 높은 투과율을 얻을 수 있다. 유리의 착색의 정도를 나타내는 데에는, 해당 기술 분야에 있어서 널리 사용되고 있는 λ70라고 하는 지표를 도입한다. λ70는 유리를 두께가 10㎜인 서로 평행한 2개의 평면을 가지는 시료를 이용해 측정된다. 서로 마주보는 2개의 평면은 광학 연마가 가해져 있다. 이 시료에 상기 평면에 대해 수직 방향으로부터 빛을 투사(投射)시키고, 다른 한 편의 평면으로부터 출사(出射)하는 빛의 강도를 측정한다. 투사광 강도에 대한 출사광 강도의 비율(출사광 강도/투사광 강도)을 파장 280㎚에서 700㎚까지의 파장에 걸쳐 측정한다.(분광 투과율을 측정한다) 상기 시료의 투과율은 평면에 있어서의 반사 손실도 포함되어 있어 보통 외부 투과율이라고 불린다. 상기 분광 투과율의 측정 결과, 외부 투과율이 70%가 되는 파장이 λ70이다. 유리 I, II의 λ70의 바람직한 범위는 600㎚이하, 보다 바람직한 범위는 570㎚이하, 더욱 바람직한 범위는 520㎚이하, 한층 더 바람직한 범위는 470㎚이하이다. 유리 I, II에 있어서 바람직한 것은, 가시광선 영역에 있어서 상기 λ70보다 장파장측의 투과율이 70%보다 높은 유리이다. 굴절률을 높이기 위해, 유리 I, II에서는 유리를 착색시키기 쉬운 Bi2O3, Nb2O5, TiO2, WO3를 다량으로 도입하고 있지만, 상기와 같이 각 성분의 함유량을 균형있게 배분하는 것에 의해, 상기와 같이 양호한 광투과율 특성을 얻을 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 소정 양의 Sb2O3를 첨가하는 것에 의해, 광투과율 특성을 개선할 수도 있다.
이어서 본 발명의 광학유리의 제조 방법에 대해서 설명한다. 유리 I, 유리 II의 원료로써는, P2O5에 대해서는 H3PO4, 메타인산염, 오산화이인 등, B2O3에 대해서 는 H3BO3, B2O3 등을 이용하고 다른 성분에 대해서는 탄산염, 질산염, 산화물 등을 적당하게 이용하는 것이 가능하다. 이들 원료를 소정의 비율로 칭량하고 혼합하여 조제 원료로 하고, 이것을 예를 들면 1000～1150℃에서 가열한 용해로에 투입하여 용해ㆍ정화ㆍ교반하고 균질화시킨 후, 주형에 부어 서냉(徐冷)하는 것에 의해, 상기 인산염 광학유리를 얻을 수 있다.
［정밀 프레스 성형용 프리폼과 그 제조 방법］
이어서, 본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼은, 상기 유리 I 또는 유리 II로 된 것을 특징으로 한다.
정밀 프레스 성형용 프리폼은, 정밀 프레스 성형품과 동일한 중량의 유리제 성형체이다. 프리폼은 정밀 프레스 성형품의 형상에 따라 적당한 형상에 성형되고 있지만, 그 형상으로써 구상(球狀), 회전 타원체상 등을 예시할 수 있다. 프리폼은, 정밀 프레스 성형 가능한 점도가 되도록 가열하여 정밀 프레스 성형에 제공된다.
상기 회전 타원체 형상도 포함하여, 프리폼의 형상으로써는 회전 대칭축을 1개 갖는 것이 바람직하다. 이러한 회전 대칭축을 1개 갖는 형상으로써는, 상기 회전 대칭축을 포함한 단면에 있어서 모서리나 움푹 패인 곳이 없는 매끄러운 윤곽선을 가지는 것, 예를 들면 상기 단면에 있어서 단축(短軸)이 회전 대칭축에 일치하 는 타원을 윤곽선으로 하는 것이 있다. 또한, 상기 단면에 있어서 프리폼의 윤곽선상의 임의의 점과 회전 대칭축상에 있는 프리폼의 중심을 잇는 선과, 상기 윤곽선상의 점에 있어서 윤곽선에 접하는 접선이 이루는 모서리의 다른 한 쪽 모서리의 각도를 θ라고 할 때, 상기 점이 회전 대칭축상으로부터 출발하여 윤곽선상을 이동할 때에, θ가 90°부터 단조(單調) 증가하고, 계속해서 단조 감소한 후, 단조 증가하여 윤곽선이 회전 대칭축과 교차하는 다른 한쪽 점에 있어서 90°가 되는 형상이 바람직하다.
상기 프리폼에는, 필요에 따라 이형막(離型膜) 등의 박막을 표면에 구비하고 있어도 된다. 이형막으로써는 탄소 함유막, 셀프 조직화막 등을 예시할 수 있다. 상기 프리폼은, 필요한 광학 항수를 가지는 광학 소자의 프레스 성형이 가능하다.
본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법은, 용융유리를 유출하여, 유리제품의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 있어서, 용융유리를 유출하여 상기 프리폼의 중량과 상등하는 중량의 용융유리 덩어리를 분리하고, 상기 유리 덩어리가 냉각되는 과정에서, 본 발명의 인산염 광학유리로 된 프리폼으로 성형하는 것을 특징으로 하고, 본 발명의 프리폼을 제조하는 방법으로써 매우 적합하다.
이 제조 방법에서는 상기 인산염 광학유리의 덩어리를 용융상태의 유리로부터 성형하고, 그것을 고화(固化)시켜 형성하지만, 고화 후, 기계 가공하는 일 없이 정밀 프레스 성형용 프리폼으로써 사용할 수도 있다. 상기 방법에 의하면, 절단, 연삭, 연마 등의 기계 가공이 불필요하다는 장점이 있다. 기계 가공이 가해진 프리 폼에서는, 기계 가공 전에 어닐(anneal)을 실시하는 것에 의해 파손되지 않을 정도까지 유리의 변형을 저감시켜 두지 않으면 안 된다. 그러나, 상기 프리폼의 제조 방법에 의하면, 파손 방지용 어닐(anneal)은 불필요하다. 또한 표면이 매끄러운 프리폼을 성형할 수도 있다.
또한, 상기 프리폼의 제조 방법에 있어서, 매끄럽고 청정한 표면을 부여한다는 관점으로부터, 프리폼은 풍압이 가해진 부상(浮上) 상태에서 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 전 표면이 용융상태의 유리가 고화(固化)하여 형성된 프리폼, 표면이 자유 표면으로 된 프리폼, 즉 전 표면이 자유 표면인 프리폼이 바람직하다. 또한, 시어 마크(sear mark)라고 불리는 절단자국이 없는 것이 바람직하다. 시어 마크는, 유출하는 용융유리를 절단칼날에 의해 절단할 때에 발생한다. 시어 마크가 정밀 프레스 성형품에 성형된 단계에서도 잔류하면, 그 부분은 결함이 되어 버린다. 그 때문에, 프리폼의 단계에서부터 시어 마크를 배제해 두는 것이 바람직하다. 절단 칼날을 이용하지 않고, 시어 마크가 생기지 않는 용융유리의 분리 방법으로써는, 유출 파이프로부터 용융유리를 적하하는 방법, 또는 유출 파이프로부터 유출하는 용융 유리유(glass flow)의 선단부를 지지하고, 소정 중량의 용융유리덩어리를 분리할 수 있는 타이밍에 상기 지지를 없애는 방법(강하 절단법이라고 한다) 등이 있다. 강하 절단법으로는, 용융 유리유(glass flow)의 선단부측과 유출 파이프측의 사이에 생긴 잘록한 부분에서 유리를 분리하여, 소정 중량의 용융유리 덩어리를 얻을 수 있다. 이어서, 얻어진 용융유리 덩어리가 연화 상태에 있는 동안 프레스 성형에 제공하는데 적합한 형상으로 성형하는 것으로 프리폼을 얻을 수 있다.
상기 프리폼의 제조 방법에서는, 프리폼 한 개 분의 용융유리 덩어리를 분리하여, 이 유리덩어리가 연화점 이상의 고온 상태에 있는 동안에 프리폼으로 성형하지만, 본 발명의 ㅍ프리폼은 상기 제법에 의해 제조되는 것에 보태어, 용융유리를 주형에 부어 넣어 상기 광학유리로 된 유리 성형체를 성형하고, 이 유리 성형체에 기계 가공을 가해 원하는 중량의 프리폼으로 하는 제법에 의한 것도 포함된다. 또한, 기계 가공을 가하기 전에 유리가 파손되지 않게, 유리를 어닐(anneal)하는 것에 의해 충분히 변형 방지 처리를 하는 것이 바람직하다.
［광학 소자와 그 제법］
본 발명의 광학 소자는, 상기 광학유리로 된 것으로, 예를 들면 상기 프리폼을 가열하고, 정밀 프레스 성형하여 제작할 수 있다.
본 발명에 의하면, 광학 소자를 구성하는 유리가 광학유리이므로, 상기 유리의 각 특성(굴절률(nd), 아베수(υd))을 갖추고 있어 필요한 광학 항수를 가지는 광학 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 광학 소자로써는, 구면 렌즈, 비구면 렌즈, 마이크로 렌즈 등의 각종 렌즈, 회절 격자, 회절 격자 렌즈, 렌즈 어레이, 프리즘 등을 예시할 수 있다. 상기 광학 소자로써는, 프리폼을 가열, 연화하고 정밀 프레스 성형하여 얻어진 것이 바람직하다.
또한, 이 광학 소자에는 필요에 따라서, 반사 방지막, 전반사막, 부분 반사막, 분광 특성을 가지는 막 등의 광학 박막을 설치할 수도 있다.
이어서 광학 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 광학 소자의 제조 방법은, 광학유리로 된 프리폼을 가열, 정밀 프레스 성형하는 유리제품의 광학 소자의 제조 방법에 있어서, 본 발명의 프리폼 또는 본 발명의 제조 방법에 의해 제작한 프리폼을 사용하는 것을 특징으로 한다.
정밀 프레스 성형법은 전술한 바와 같이, 몰드 옵틱스(mold optics) 성형법이라고도 불리며, 이미 해당 발명이 속하는 기술 분야에 있어서는 잘 알려진 것이다.
광학 소자의 광선을 투과하거나, 굴절시키거나, 회절시키거나, 반사시키거나 하는 면을 광학 기능면이라고 부른다. 예를 들면 렌즈를 예로 들면, 비구면 렌즈의 비구면이나 구면 렌즈의 구면 등의 렌즈면이 광학 기능면에 해당한다. 정밀 프레스 성형법은 프레스 성형틀의 성형면을 정밀하게 유리에 전사하는 것에 의해, 프레스 성형으로 광학 기능면을 형성하는 방법이다. 즉, 광학 기능면을 만들어 내기 위해서 연삭이나 연마 등의 기계 가공을 가할 필요가 없다.
따라서, 본 발명의 방법은, 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자, 프리즘 등의 광학 소자의 제조에 매우 적합하고, 특히 비구면 렌즈를 고생산성 하에서 제조할 때에 최적이다.
본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 상기 광학 특성을 가지는 광학 소자를 제작할 수 있는 동시에, 프리폼을 구성하는 유리의 전이 온도(Tg)가 낮고, 유리의 정밀 프레스 성형으로써는 비교적 낮은 온도로 프레스가 가능하게 되므로, 프레스 성형틀의 성형면에 주는 부담이 경감되어 프레스 성형틀의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 프리폼을 구성하는 유리가 높은 안정성을 가지므로, 재가열, 정밀 프레스 성형 공정에 있어서도 유리의 실투를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 유리 용해로부터 최종 제품을 얻는 일련의 공정을 고생산성 하에서 실시할 수 있다.
정밀 프레스 성형법에서 사용하는 프레스 성형틀로써는 공지의 것, 예를 들면 탄화규소, 초경(超硬) 재료, 스테인레스 강철 등의 형재의 성형면에 이형막을 설치한 것을 사용할 수 있지만, 탄화규소로 된 프레스 성형틀이 바람직하다. 이형막으로써는 탄소 함유막, 귀금속 합금막 등을 사용할 수 있지만, 내구성, 비용면 등에서 탄소 함유막이 바람직하다.
고굴절률 부여 성분을 함유한 인산염 유리에서는, 정밀 프레스 성형시에 유리와 프레스 성형틀 표면의 이형막, 특히 탄소 함유막이 반응하여, 정밀 프레스 성형품 표면에 상처나 거품이 발생하기 쉽다. 그러나, 상기 프리폼을 사용하는 것에 의해, 상기 상처나 거품의 발생을 저감, 방지할 수 있다. 프레스 성형틀은 상형(上型) 및 하형(下型)을 갖추고, 필요에 따라 동형(同型)도 갖춘다.
정밀 프레스 성형법에서는, 프레스 성형틀의 성형면을 양호한 상태로 유지하기 위해 성형시의 공기를 비산화성 가스(불활성 가스 공기나 상기 공기에 환원성 가스를 혼합한 공기 등)로 하는 것이 바람직하다. 비산화성 가스로써는 질소, 질소와 수소의 혼합 가스 등이 바람직하다.
이어서 본 발명의 광학 소자의 제조 방법으로 특히 매우 적합한 정밀 프레스 성형법에 대해서 설명한다.
(정밀 프레스 성형법 1)
이 방법은, 프레스 성형틀에 상기 프리폼을 도입하고, 프레스 성형틀과 상기 프리폼을 함께 가열하여, 정밀 프레스 성형하는 것이다(정밀 프레스 성형법 1이라고 한다).
정밀 프레스 성형법 1에 있어서, 프레스 성형틀과 전기 프리폼의 온도를 동시에, 프리폼을 구성하는 유리가 106～1012dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도에서 가열하여 정밀 프레스 성형을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유리가 1012dPaㆍs이상, 보다 바람직하게는 1014dPaㆍs이상, 한층 더 바람직하게는 1016dPaㆍs이상의 점도를 나타내는 온도까지 냉각하고 나서 정밀 프레스 성형품을 프레스 성형틀으로부터 꺼내는 것이 바람직하다.
상기의 조건에 의해, 프레스 성형틀 성형면의 형상을 유리에 의해 정밀하게 전사할 수가 있는 동시에, 정밀 프레스 성형품을 변형하는 일 없이 꺼낼 수도 있다.
(정밀 프레스 성형법 2)
이 방법은, 프레스 성형틀과 상기 프리폼을 따로 예열하고, 예열한 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 것이다(정밀 프레스 성형법 2라고 한다).
이 방법에 의하면, 상기 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하기 전에 미리 가열하므로, 사이클 타임을 단축화시키면서, 표면 결함이 없는 양호한 면정밀도(面精 度)의 광학 소자를 제조할 수 있다.
또한, 프레스 성형틀의 예열 온도를 프리폼의 예열 온도보다 낮게 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 프레스 성형틀의 예열 온도를 낮게 하는 것에 의해, 상기 틀의 소모를 저감할 수 있다.
정밀 프레스 성형법 2에 있어서, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 109dPaㆍs이하, 보다 바람직하게는 109dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프리폼을 부상(浮上)하면서 예열하는 것이 바람직하고, 또한, 상기 프리폼을 구성하는 유리가 105.5～109dPaㆍs, 보다 바람직하게는 105.5dPaㆍs이상 109dPaㆍs미만의 점도를 나타내는 온도로 예열하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 프레스 개시와 동시 또는 프레스의 도중부터 유리의 냉각을 개시하는 것이 바람직하다. 또한, 레스 성형틀의 온도는 상기 프리폼의 예열 온도보다 낮은 온도로 온도 조절하지만, 상기 유리가 109～1012dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도를 기준으로 하면 된다.
이 방법에 있어서, 프레스 성형 후, 전기 유리의 점도가 1012dPaㆍs이상일 때까지 냉각하고 나서 이형하는 것이 바람직하다.
정밀 프레스 성형된 광학 소자는 프레스 성형틀에서 꺼내져 필요에 따라서 서냉된다. 성형품이 렌즈 등의 광학 소자인 경우에는, 필요에 따라서 표면에 광학 박막을 입혀도 된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 한층 더 설명한다.
(실시예 1～13)
표 1～3에서 각 실시예의 몰% 표시에 의한 유리의 조성, 굴절률(nd), 아베수(υd), 유리전이온도(Tg), 굴복점(Ts), 액상온도(LT), 액상온도에 있어서의 점도(LT점성), 비중, 특정 투과율 파장을 보여준다. 어느 유리도 각 성분의 원료로써 각각 상당하는 산화물, 수산화물, 탄산염, 및 질산염을 사용하고, 유리화한 후에 하기 표 1에서 보여주는 조성이 되도록 상기 원료를 칭량하여 충분히 혼합한 후, 백금 도가니에 투입하여 전기로에서 1000～1150℃의 온도 범위에서 용용하고 교반하여 균질화시키고, 정화한 후 적당한 온도로 예열한 금형(金型)에 부어 넣었다. 부어 넣은 유리를 전이 온도까지 냉각시키고 나서 즉시 어닐(anneal)로에 넣고, 실온까지 서냉하여 각 광학유리를 얻었다.
얻어진 광학유리에 대해서, 굴절률(nd), 아베수(υd), 유리전이온도(Tg), 굴복점(Ts), 액상온도(LT), 액상온도에 있어서의 점도(LT점성), 비중, 특정 투과율 파장을 이하와 같이 하여 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 표 1의 중량% 표시에 의한 조성은 표 1의 몰% 표시에 의한 조성에 근거하여 환산한 것이다.
(1) 굴절률(nd) 및 아베수(υd)
서냉강온(徐冷降溫) 속도를 -30℃/시로 하여 얻어진 광학유리에 대해서 측정했다.
(2) 유리전이온도(Tg) 및 굴복점(Ts)
이학 전기 주식회사의 열기계 분석 장치에 의해 온도상승 속도를 4℃／분으로 하여 측정했다.
(3) 액상온도(LT)
백금 도가니에 유리 시료 약 50g를 넣고 약 1000～1150℃에서 약 15～30분 용해하고, 유리전이온도 이하로 냉각한 후, 재가열하여 각각 840℃, 850℃, 860℃, 870℃, 880℃, 890℃, 900℃, 910℃, 920℃, 930℃, 940℃, 950℃, 960℃, 970℃에서 2시간 보온한 것을 냉각하여 결정 석출의 유무를 광학 현미경에 의해 확대 관찰하고, 결정이 인지되지 않는 최저 온도를 액상온도(LT)로 했다.
(4) 액상온도에 있어서의 점도(LT점성)
JIS 규격 Z8803, 공축이중 원통형 회전 점토계에 의한 점도 측정 방법으로 점도를 측정했다.
(5) 비중
아르키메데스법을 이용해 산출했다.
(6) 특정 투과율 파장
전술한 바와 같이 양면이 서로 평행으로 광학 연마된 두께 10㎜의 유리 시료에, 광학 연마면에 대해서 수직 방향으로부터 빛을 투사하고, 파장 280㎚에서 700 ㎚에 걸친 분광 투과율을 측정한다. 외부 투과율이 80%가 되는 파장을 λ80, 외부 투과율이 70%가 되는 파장을 λ70, 외부 투과율이 5%가 되는 파장을 λ5로 한다.
Figure 112005058225113-pat00001
Figure 112005058225113-pat00002
Figure 112005058225113-pat00003
(실시예 14)
이어서 실시예 1～13에 상당하는 정화, 균질화된 용융유리를, 유리가 실투하는 일 없이, 안정된 유출이 가능한 온도역으로 온도 조정된 백금 합금제의 파이프로부터 일정 유량으로 유출하고, 적하 또는 강하 절단법으로 목적으로 하는 프리폼 중량의 용융유리 덩어리를 분리하고, 용융유리 덩어리를 가스 분출구를 저부에 가지는 받이틀에 받아 가스 분출구로부터 가스를 분출해 유리덩어리를 부상시키면서 프레스 성형용 프리폼을 성형했다. 용융유리의 분리 간격을 조정, 설정하는 것에 의해 직경 2～30㎜의 구상 프리폼을 얻었다. 프리폼의 중량은 설정치에 정밀하게 일치하고 있고, 모두 표면이 매끄러운 것이었다.
또한, 상기 용융유리를 주형에 부어 넣고, 유리 블록을 성형하고, 어닐(anneal)하여 변형을 저감한 후, 절단하여 유리 조각을 만들고, 이 유리 조각에 연삭, 연마 가공을 하여 프리폼을 만들 수도 있다.
(실시예 15)
실시예 14로 얻어진 프리폼을, 도 1에서 도시하는 프레스 장치를 이용하여 정밀 프레스 성형해 비구면 렌즈를 얻었다. 구체적으로는 프리폼을, 프레스 성형틀을 구성하는 하형(2) 및 상형(1) 사이에 설치한 후, 석영관(11) 내를 질소 공기로 하고 히터(12)에 흐르게 하여 석영관(11) 내를 가열했다. 프레스 성형틀 내부의 온도를 성형되는 유리가 108～1010dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도로 설정하고, 같은 온도를 유지하면서, 누름봉(13)을 강하시켜 상형(1)을 눌러 성형틀 내에 세트된 프리폼을 프레스했다. 프레스의 압력은 8MPa, 프레스 시간은 30초로 했다. 프레스 후, 프레스의 압력을 해제하고, 프레스 성형된 유리 성형품을 하형(2) 및 상형(1)과 접촉시킨 그대로의 상태로 상기 유리의 점도가 1012dPaㆍs이상이 되는 온도까지 서냉하고, 이어서 실온까지 급냉하고 유리 성형품을 성형틀로부터 꺼내 비구면 렌즈를 얻었다. 얻어진 비구면 렌즈는, 지극히 높은 면정밀도를 가지는 렌즈였다. 정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는 필요에 따라서 반사 방지막을 설치해도 된다.
(실시예 16)
실시예 14로 얻어진 프리폼을, 부상시키면서 프리폼을 구성하는 유리의 점도가 108dPaㆍs가 되는 온도로 예열한다. 한편 상형, 하형, 동형을 갖춘 프레스 성형틀을 가열하고, 상기 유리가 109~1012dPaㆍs의 점도를 나타내는 온도로 하고, 예열한 프리폼을 프레스 성형틀의 캐버티(cavity) 내에 도입하여 정밀 프레스 성형한다. 프레스의 압력은 10MPa로 했다. 프레스 개시와 동시에 유리와 프레스 성형틀의 냉각을 개시하고, 성형된 유리의 점도가 1012dPaㆍs이상이 될 때까지 냉각한 후, 성형품을 이형시켜 비구면 렌즈를 얻었다. 얻어진 비구면 렌즈는, 지극히 높은 면정밀도를 가지는 렌즈였다. 정밀 프레스 성형에 의해 얻어진 비구면 렌즈에는 필요에 따라서 반사 방지막을 설치해도 된다.
본 발명에 의하면, 고굴절률, 고분산 특성, 저온 연화성을 겸비한 광학유리, 특히 정밀 프레스 성형에 매우 적합한 광학유리를 제공할 수 있다.
또한, 상기 광학유리로 되었고, 안정된 정밀 프레스 성형을 가능하게 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 그 제조 방법을 제공할 수도 있다.
또한, 상기 프리폼을 가열하여, 정밀 프레스 성형하는 것에 의해 고굴절률, 고분산 특성을 가지는 광학유리로 된 비구면 렌즈 등의 광학 소자, 및 상기 광학 소자를 높은 생산성 하에서 제조할 수 있는 광학 소자의 제조 방법을 제공할 수도 있다.

Claims (22)

  1. 필수 성분으로서 P2O5, Bi2O3, Nb2O5, TiO2를 함유하는 인산염 광학유리로서,
    상기 인산염 광학유리는 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16% 함유하고,상기 인산염 광학유리의 굴절률(nd)이 1.9005 이상이며, 액상온도(液相溫度)가 930℃ 이하인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  2. 필수 성분으로서 P2O5, Bi2O3, Nb2O5, TiO2를 함유하는 인산염 광학유리로서,
    상기 인산염 광학유리는 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16% 함유하고, 상기 Bi2O3의 함유량은 상기 범위 내에서 25중량%를 초과하며, 상기 인산염 광학유리의 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 TiO2를 1~30몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  4. 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, TiO2를 0%초과 30%이하, WO3를 1～40%, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16%, B2O3를 0～14% 함유하는 인산염 광학유리로서, 상기 인산염 광학유리의 굴절률(nd)이 1.9005 이상이며, 액상온도가 930℃ 이하인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  5. 몰% 표시로, P2O5를 12～34%, Bi2O3를 6%초과 28%이하, Nb2O5를 Bi2O3 함유량(몰%)의 3배 미만, TiO2를 0%초과 30%이하, WO3를 1～40%, Li2O를 0～28%, Na2O를 0～16%, B2O3를 0～14% 함유하고, 상기 Bi2O3의 함유량은 상기 범위 내에서 25중량%를 초과하는 인산염 광학유리로서, 상기 인산염 광학유리의 굴절률(nd)이 1.85를 초과하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  6. 제1항, 제2항, 제4항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    Bi2O3 함유량에 대한 Na2O 함유량의 비율 Na2O/Bi2O3(몰비)는 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    22중량%를 초과하는 Bi2O3를 함유한 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    22중량%를 초과하는 Bi2O3 및 5중량% 미만의 Na2O를 함유하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    22중량%를 초과하는 Bi2O3를 함유하며, Bi2O3 함유량에 대한 Na2O 함유량의 비율 Na2O/Bi2O3(몰비)는 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    23중량%를 초과하는 Bi2O3 및 4.5중량% 미만의 Na2O를 함유하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  11. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    23중량%를 초과하는 Bi2O3를 함유하며, Bi2O3 함유량에 대한 Na2O 함유량의 비율 Na2O/Bi2O3(몰비)는 10/7 이하인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  12. 제1항, 제2항, 제4항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    Bi2O3, Nb2O5, TiO2 및 WO3의 합계 함유량이 40몰% 이상인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  13. 제1항, 제2항, 제4항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    Bi2O3, Nb2O5, TiO2 및 WO3의 합계 함유량이 42몰%를 초과하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  14. 제1항, 제2항, 제4항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    정밀 프레스 성형에 이용하는 유리인 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
  15. 제14항에 기재된 인산염 광학유리로 된 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼.
  16. 제1항, 제2항, 제4항, 또는 제5항 중 어느 한 항에 따른 인산염 광학유리로 된 것을 특징으로 하는 광학소자.
  17. 용융유리를 유출하여, 유리제품의 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법으로서,
    용융유리를 유출하고 상기 프리폼의 중량과 서로 같은 중량의 용융유리 덩어리를 분리하고, 상기 유리 덩어리가 냉각되는 과정에서 제14항에 기재된 인산염 광학유리로 된 프리폼으로 성형하는 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.
  18. 광학유리로 된 프리폼을 가열, 정밀 프레스 성형하는 유리제품의 광학 소자의 제조 방법으로서,
    제15항에 기재된 프리폼을 사용하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    프레스 성형틀에 상기 프리폼을 도입하고, 프레스 성형틀과 상기 프리폼을 함께 가열하여, 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    프레스 성형틀과 상기 프리폼을 따로 예열하고, 예열한 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  21. 광학유리로 된 프리폼을 가열, 정밀 프레스 성형하는 유리제품의 광학 소자의 제조 방법으로서,
    제17항에 기재된 제조 방법에 따라 프리폼을 제작하고, 제작된 프리폼을 사용하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
  22. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 TiO2를 1~30몰% 함유하는 것을 특징으로 하는 인산염 광학유리.
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