KR20110018811A

KR20110018811A - 광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 광학 소자와 이들의 제조 방법, 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20110018811A
Application number: KR1020097025683A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 후지와라
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2011-02-24
Also published as: KR101591532B1; JPWO2009144947A1; US8956988B2; CN101679103B; EP2281786A1; US8338320B2; JP2015038028A; US20130079213A1; WO2009144947A1; US20100255979A1; EP2281786A4; JP5619422B2; CN101679103A

Abstract

본 발명은 몰％ 표시로, B₂O₃을 5 내지 45％, Li₂O를 0 내지 3％, ZnO를 10 내지 40％, La₂O₃을 5 내지 30％, Gd₂O₃을 0 내지 20％, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃ 중 1종 이상을 포함하고, 양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X가 3 내지 25％이고, 아베수 υd 및 굴절률 nd가 도 1의 점 A, B, C, D, A를 순서대로 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위에 포함되고, 유리 전이 온도 Tg≤655℃-5×X를 만족시키는 광학 유리에 관한 것이다. 몰％ 표시로, B₂O₃을 5 내지 45％, SiO₂를 0 내지 6％(단, 6％를 포함하지 않음), Li₂O, Na₂O 및 K₂O를 합계로 0 내지 3％, ZnO를 10 내지 40％, La₂O₃을 5 내지 30％, Gd₂O₃을 0 내지 20％, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃을 합계로 12.5 내지 20％ 포함함과 동시에, Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량에 대한 Ti⁴ ⁺의 함유량의 양이온비가 0.30 이하이고, 10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도 Tp가 706℃ 이하이고, 굴절률 nd 및 아베수 υd가 하기 수학식 I 내지 수학식 IV를 모두 만족시키는 광학 유리에 관한 것이다.

<수학식 I>

<수학식 II>

<수학식 III>

<수학식 IV>

광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 광학 소자, 고굴절률, 저분산

Description

광학 유리, 정밀 프레스 성형용 프리폼, 광학 소자와 이들의 제조 방법, 및 촬상 장치{OPTICAL GLASSES, PREFORMS FOR PRECISION PRESS MOLDING, OPTICAL ELEMENTS, PROCESS FOR PRODUCTION OF THEM, AND IMAGING DEVICES}

<관련출원의 상호 참조>

본 출원은 2008년 5월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-143566호 및 2009년 3월 25일에 출원된 일본 특허 출원 제2009-74729호의 우선권을 주장하며, 이들의 전체 기재는 여기에 특별히 개시로서 원용된다.

본 발명은 굴절률이 높고, 우수한 정밀 프레스 성형성을 구비하는 광학 유리, 및 상기 유리를 포함하는 정밀 프레스 성형용 프리폼 및 광학 소자, 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.

카메라 렌즈 등으로 대표되는 촬상 광학계에서의 색수차 보정은 고분산 렌즈와 저분산 렌즈를 조합함으로써 행해진다. 최근에는 고분산 렌즈, 저분산 렌즈 모두 수차 보정이 가능한 범위에서 보다 굴절률이 높은 광학 유리를 이용함으로써, 추가적인 고기능화, 컴팩트화를 실현시키고자 하는 경향이 있다.

렌즈를 구성하는 유리의 광학 특성에 더하여, 렌즈 광학 기능면을 비구면화함으로써 광학계의 추가적인 고기능화, 컴팩트화를 실현할 수 있다. 이러한 렌즈 의 양산에는 정밀 프레스 성형법이 적합하다.

정밀 프레스 성형법의 생산성을 높이기 위해서는, 우선 유리 소재 또는 정밀 프레스용 프리폼의 생산성이 확보되기 위한 일정한 성형성을 가질 필요가 있다. 즉, 결정이 석출되지 않는 온도에서의 일정량의 유리의 점도, 또는 성형 가능한 유리의 점도를 갖는 온도에서의 일정한 투명성 상실 내성이 필요하게 된다.

그에 더하여, 정밀 프레스 성형에서의 생산성도 높일 필요가 있다. 정밀 프레스 성형법에서는 SiC나 초경 재료 등 내열성, 고강성을 갖는 고가의 틀 재료를 사용하여, 성형면을 광학 소자의 광학 기능면의 형상을 반전시킨 형상으로 정밀하게 가공한 성형틀을 사용하기 때문에, 성형틀의 수명이 생산 비용, 양산성에 크게 영향을 준다. 그 때문에, 유리 전이 온도나 굴복점이 낮은 유리를 이용하고, 프레스 성형시의 온도를 저하시켜 성형틀의 열적 열화를 방지하는 고안이 이루어지고 있다.

하기 특허 문헌 1, 2에는 정밀 프레스 성형 용도를 목적으로 한 저분산 유리가 제안되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2006-016293호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2006-016295호 공보

상기 특허 문헌 1 및 2, 및 상기 특허 문헌 1 및 2의 패밀리인 US2005-0272589A1 및 US2008-0220961의 전체 기재는 여기에 특별히 개시로서 원용된다.

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그런데, 특허 문헌 1, 2 모두 구체적으로 개시하고 있는 유리는 모두 아베(abbe)수 υd가 40 이상인 고굴절률 저분산 유리이다.

이들 유리에서는 조성에 있어서 고굴절률이면서 저분산을 제공하는 La₂O₃, Gd₂O₃ 등의 희토류 성분을 다량으로 함유하고, 한편으로 ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃ 등의 고굴절률 부여 성분이면서 저분산성을 손상시키는 성분의 함유량을 가능한 소량으로 억제함으로써 고굴절률과 저분산성을 양립시키고 있다. 그런데 희토류 성분을 다량으로 포함하는 유리는 굴절률을 높이고자 하여 희토류의 함유율을 높일수록 유리의 열적 안정성이 저하되고, 또한 유리 전이 온도를 저하시키기 위해 알칼리 성분이나 알칼리 토류 성분을 많이 함유시키고자 하면, 더욱 결정화 경향이 높아진다는 특징이 있다.

이러한 유리에 있어서, 정밀 프레스 성형시의 성형틀의 열적 열화를 방지하기 위해 유리 전이 온도를 저하시키면, 유리의 열적 안정성이 저하되거나, 액상 온도가 상승하거나, 액상 온도에서의 점도가 저하되는 등으로 인하여 유리 융액의 성형이 곤란해진다. 그 결과, 유리 소재 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 생산성이 현저히 저하된다. 유리의 용융으로부터 렌즈의 제조까지의 일련의 공정에서 유리 소재 또는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 생산성이 저하되면, 공정 전체의 생산성도 저하되게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서는 유리의 저온 연화성과 열적 안정성을 배려하면서 굴절률을 높이는 것이 유효하다. 구체적인 방책으로서는, B₂O₃-La₂O₃계 조성을 베이스로 하여 ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃ 등의 유리의 안정화를 제공하는 고굴절률 부여 성분을 도입, 증량하는 것을 생각할 수 있다.

이 때, 반드시 저분산 유리의 아베수 υd를 40 이상으로 제한하는 것은 아니며, 조합하는 고분산 렌즈와의 광학 특성으로부터 실현되는 수차 보정의 정도를 감안하여 가능한 범위에서 아베수를 감소시키고, 그 분량만큼 굴절률을 높이거나 유리의 성형성을 개선함으로써, 광학 유리의 생산성을 손상시키지 않고 광학 기기의 추가적인 고기능화, 컴팩트화를 실현할 수 있다.

그러나, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃을 증량한 유리는 상기에 언급한 바와 같이 저분산성을 악화시킬 뿐만 아니라 정밀 프레스 성형성에도 문제를 미친다.

예를 들면, 틀의 열적 열화가 잘 진행되지 않는 온도에서 충분히 프레스 성형할 수 있을 만큼 점성을 저하시켰음에도 불구하고, 정밀 프레스 성형에 의해 렌즈 표면에 다양한 결함이 생겨 광학 성능이 손상된다는 문제가 생긴다.

따라서, 이들 유리를 정밀 프레스 성형하면, 동일한 성형틀을 사용하여 프레스 성형횟수를 거듭함에 따라 유리와 성형틀의 융착이 일어나거나, 유리 표면에서 발포가 생기거나, 가열한 프리폼을 프레스 성형틀에 도입할 때에 사용하는 지그와 프리폼이 융착되는 등의 문제가 발생한다. 그 결과, 동일 성형틀당의 성형 수율의 감소나, 또한 틀의 교환 등에 의한 생산의 일시적인 정지에 의해 생산성의 악화가 생기기 쉬워진다. 최악의 경우, 유리와 성형틀과의 융착에 의해 성형틀이나 프레스기가 파손되는 등의 중대한 문제가 생길 가능성도 있다.

고기능화, 컴팩트화의 열쇠를 쥐고 있는 고굴절률 저분산 유리제 렌즈는 큰 수요가 예상되고 있어, 이러한 문제를 해결하여 양산성을 높이는 것이 강하게 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것을 목적으로 하며, 정밀 프레스 성형에 적합하고, 성형성이 우수한 광학 유리, 및 상기 광학 유리를 포함하는 정밀 프레스 성형용 프리폼과 광학 소자를 제공하는 것, 및 상기 정밀 프레스 성형용 프리폼과 광학 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다. 또한, 상기 광학 소자를 탑재하는 촬상 장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명에서의 과제를 해결하기 위한 수단은 이하와 같다.

[1] 몰％ 표시로,

B₂O₃을 5 내지 45％,

Li₂O를 0 내지 3％,

ZnO를 10 내지 40％,

La₂O₃을 5 내지 30％,

Gd₂O₃을 0 내지 20％, 및

TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃ 중 1종 이상을 포함하고,

양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X가 3 내지 25％이고, 아베(abbe)수 υd 및 굴절률 nd가 도 1의 점 A(40, 1.85), B(39, 1.91), C(33, 1.93), D(34, 1.87), A(40, 1.85)를 순서대로 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위(단, 직선 AB, BC, CD, DA를 포함하나, 점 A는 포함하지 않음)에 포함되고, 유리 전이 온도 Tg가 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 광학 유리.

[2] ZrO₂를 0 내지 10몰％, 및

Ta₂O₅를 0 내지 15몰％

더 포함하는 [1]에 기재된 광학 유리.

[3] 몰％ 표시로,

Na₂O와 K₂O를 합계로 0％ 이상 0.5％ 미만,

MgO, CaO, SrO 및 BaO를 합계로 0 내지 10％,

Y₂O₃을 0 내지 10％,

Yb₂O₃을 0 내지 10％, 및

Al₂O₃을 0 내지 10％ 더 포함하는 [1] 또는 [2]에 기재된 광학 유리.

[4] SiO₂를 임의 성분으로서 포함하며, SiO₂의 함유량이 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.55배인 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

[5] 몰％ 표시로,

B₂O₃을 5 내지 45％,

SiO₂를 0 내지 6％(단, 6％를 포함하지 않음),

Li₂O, Na₂O 및 K₂O를 합계로 0 내지 3％,

ZnO를 10 내지 40％,

La₂O₃을 5 내지 30％,

Gd₂O₃을 0 내지 20％,

ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃을 합계로 12.5 내지 20％ 포함함과 동시에,

Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량에 대한 Ti⁴ ⁺의 함유량의 양이온비가 0.30 이하이고,

10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도 Tp가 706℃ 이하이고, 굴절률 nd 및 아베수 υd가 하기 수학식 I 내지 IV 모두를 만족시키는 것을 특징으로 하는 광학 유리.

[6] Gd₂O₃을 1 내지 20몰％ 더 포함하는 [5]에 기재된 광학 유리.

[7] 몰％ 표시로,

ZrO₂를 10％ 이하,

Ta₂O₅를 15％ 이하,

TiO₂를 10％ 이하,

Nb₂O₅를 8％ 이하,

WO₃을 20％ 이하, 및

Bi₂O₃을 10％ 이하로 더 포함하는 [5] 또는 [6]에 기재된 광학 유리.

[8] 몰％ 표시로,

MgO, CaO, SrO 및 BaO를 합계로 0 내지 10％,

Y₂O₃을 0 내지 10％,

Yb₂O₃을 0 내지 10％, 및

Al₂O₃을 0 내지 10％

더 포함하는 [5] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

[9] 임의 성분으로서 Y₂O₃을 0 내지 10몰％ 포함함과 동시에, La₂O₃, Gd₂O₃ 및 Y₂O₃의 합계 함유량(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)에 대한 La₂O₃의 함유량의 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃))이 0.66을 초과하는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

[10] 몰％ 표시로,

TiO₂를 10％ 이하, Nb₂O₅를 8％ 이하, WO₃을 20％ 이하, Bi₂O₃을 10％ 이하로 포함하는 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

[11] Ta₂O₅를 1 내지 15몰％ 포함하는 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

[12] 액상 온도가 1200℃ 이하인 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리.

[13] [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리를 포함하는 정밀 프레스 성형용 프리폼(preform).

[14] 유리 원료를 용융하고, 얻어진 용융 유리를 유출시켜 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 냉각 과정에서 성형하는 정밀 프레스 성형 용 프리폼의 제조 방법으로서,

[1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리를 포함하는 프리폼을 성형하는 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.

[15] 유리 원료를 용융하고, 얻어진 용융 유리를 성형하여 유리 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 가공하여 [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리를 포함하는 프리폼을 제조하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.

[16] [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 광학 유리를 포함하는 광학 소자.

[17] [16]에 기재된 정밀 프레스 성형용 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 광학 소자.

[18] [13]에 기재된 프리폼, 또는 [14] 또는 [15]에 기재된 방법에 의해 제조한 프리폼을, 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.

[19] [16]에 기재된 프리폼, 또는 [14] 또는 [15]에 기재된 방법에 의해 제조한 프리폼을, 동일한 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 공정을 반복하고, 광학 소자를 양산하는 광학 소자의 제조 방법.

[20] 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하고, 상기 프리폼과 프레스 성형틀을 함께 가열하여 정밀 프레스 성형하는 [18] 또는 [19]에 기재된 광학 소자의 제조 방법.

[21] 가열한 프리폼을 예열한 프레스 성형틀에 도입하여 정밀 프레스 성형하 는 [18] 또는 [19]에 기재된 광학 소자의 제조 방법.

[22] [16] 또는 [17]에 기재된 광학 소자를 구비하는 촬상(imaging) 장치.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 정밀 프레스 성형에 적합하며, 성형성이 우수한 광학 유리, 및 상기 광학 유리를 포함하는 정밀 프레스 성형용 프리폼과 광학 소자를 제공하고, 또한 상기 정밀 프레스 성형용 프리폼과 광학 소자의 제조 방법, 상기 광학 소자를 구비하는 촬상 장치를 제공할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 형태>

본 발명의 광학 유리는 2개의 양태를 포함한다. 제1 양태를 광학 유리 I, 제2 양태를 광학 유리 II라 한다.

[광학 유리 I]

본 발명의 광학 유리 I은 B₂O₃-La₂O₃계 조성을 베이스로 하여, 굴절률 nd가 1.85를 초과하고, 아베수 υd가 40 미만인 광학 유리이다. 이러한 광학 특성을 갖는 유리의 정밀 프레스 성형성을 저하시키는 요인은 유리 중에 상당량 도입된 Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온이 고온하에서 프레스 성형틀의 성형면과 반응하는 데에 있다고 본 발명자는 생각하였다. Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온은 프레스 성형시의 고온하에서 가수(valence) 변화를 일으키기 쉽고, 그 결과, 성형면과의 사이에 산화환원 반응을 일으키기 쉬운 것으로 생각되었다. 다량의 TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃을 포함하는 유리에서도 이 반응을 억제할 수 있으면 정밀 프레스 성형성의 개선이 가능하다고 본 발명자는 생각하였다.

이에, 본 발명자는 다양한 연구 결과, 다음 4개의 요소를 고려하여 유리의 조성, 특성을 정함으로써, 정밀 프레스 성형성을 개선할 수 있음을 발견하여 본 발명의 제1 양태를 완성하였다.

제1 요소는 온도에 관한 요소이다. 상기 반응은 온도 상승에 따라 촉진된다. 따라서, 유리에, 저온에서 프레스 성형 가능한 열적 특성을 부여하는 것이 중요하다. 종래, 유리의 저온 연화성의 지표인 유리 전이 온도는 성형틀의 열적 열화를 억제하는 관점에서 정해졌었다. 그러나, Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온과 성형면의 반응을 억제하기 위해서는, 유리 전이 온도를 성형틀의 열적 열화가 잘 진행되지 않는 정도로 저하시키는 것만으로는 불충분하며, 이들 이온과 성형면과의 산화환원 반응을 억제하는 관점에서 유리 전이 온도를 결정하는 것이 중요함을 알 수 있었다. Ti, Nb, W, Bi의 합계 함유량이 많으면, 반응 억제 관점에서 유리 전이 온도를 보다 낮게 하고, Ti, Nb, W, Bi의 합계 함유량이 적으면, 유리 전이 온도에 관한 제한을 완화함으로써, 상기 양이온과 성형면과의 반응을 억제할 수 있다. 즉, 상기 양이온 성분의 합계 함유량에 따라 유리 전이 온도의 상한을 결정하는 것이 과제 해결을 위한 하나의 수단이다.

제2 요소는 유리 네트워크 형성 성분에 관한 것이다. 유리 네트워크 형성 성분 중 B₂O₃은 3배위와 4배위의 구조를 취한다. 붕산희토류 결정 중에서는 4배위의 BO₄ 구조가 희토류 이온에 배위하여, 이온의 산화수를 유지하는 것으로 생각되지 만, 이 4배위의 BO₄ 구조에 포함되는 산소 원자는 다른 이온을 산화시키는 힘이 강하다. 한편, SiO₂는 유리 중에서는 주로 SiO₄ 사면체로서 존재하지만, Si에 배위하는 산소는 Si와 강하게 결합되어 있기 때문에, 이들 산소는 다른 이온을 산화시키는 힘이 비교적 약하다. 이 때문에, Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온을 산화측으로 유지하는 기능은 SiO₂보다 B₂O₃ 쪽이 강한 것으로 생각된다.

지금까지 SiO₂는 열적 안정성을 높이고, 유리 융액의 성형성을 개선하기 위해 B₂O₃-La₂O₃계 조성을 베이스로 하는 유리에 적극적으로 도입되어 왔다. 그러나, Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온을 산화측으로 유지하고, 프레스 성형틀의 성형면과 유리의 반응을 억제하는 면에서, SiO₂를 함유하는 경우에는 B₂O₃의 함유량을 기준으로 하여 SiO₂의 함유량을 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 관점에서 SiO₂를 함유하지 않을 수도 있어, 그 의미에서 SiO₂는 임의 성분이다.

제3 요소는 유리의 열적 안정성에 관한 것이다. SiO₂는 유리의 열적 안정성을 개선하고, 유리 융액의 성형성을 양호화하는 기능이 있지만, 유리 전이 온도를 상승시키는 성분이기도 하다. 이와는 반대로, 알칼리 성분은 유리 전이 온도를 저하시키지만, 유리의 열적 안정성을 저하시키는 성분이다. 따라서, 제2 요소에 기초하여 SiO₂를 임의 성분으로 하고, 바람직하게는 SiO₂의 함유량을 제한함과 동시에 알칼리 성분의 양도 제한하면, 유리 전이 온도를 그다지 상승시키지 않고 열적 안 정성을 유지할 수 있다. 알칼리 성분 중에서도 Li₂O는 굴절률을 유지하면서 Tg, Tp를 저하시키는 작용이 가장 크기 때문에, Li₂O의 함유량을 제한하는 것이 적당하다.

제4 요소는 알칼리 성분에 크게 의존하지 않고, 유리 전이 온도를 저하시키는 것이다. 제3 요소에 있어서, 알칼리 성분의 양을 제한하되, 이를 보충하기 위해 유리 성분으로서 ZnO를 도입한다.

본 발명의 제1 양태에서는 이들 4개의 요소를 동시에 만족시킴으로써 상기 과제를 해결한다.

이러한 사상에 기초하여 완성한 광학 유리 I은

몰％ 표시로,

B₂O₃을 5 내지 45％,

Li₂O를 0 내지 3％,

ZnO를 10 내지 40％,

La₂O₃을 5 내지 30％,

Gd₂O₃을 0 내지 20％, 및

TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃ 중 1종 이상을 포함하고,

양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X가 3 내지 25％이고, 아베수 υd 및 굴절률 nd가 도 1의 점 A(40, 1.85), B(39, 1.91), C(33, 1.93), D(34, 1.87), A(40, 1.85)을 순서대로 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위(단, 직선 AB, BC, CD, DA를 포함하나, 점 A는 포함하지 않음)에 포함되고, 유리 전이 온도 Tg가 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

<수학식 1>

이하, 상기 유리에 대하여 상세히 설명하지만, 산화물로서 표시하는 성분의 함유량, 합계 함유량은 몰％ 표시로 하고, Ti, Nb, W, Bi로 표시했을 경우의 Ti, Nb, W, Bi의 각 함유량 및 합계 함유량은 양이온％ 표시로 한다.

B₂O₃은 유리 네트워크 형성 성분으로서, 본 발명에 있어서 필수 성분이다. 그의 함유량이 5％ 미만이면, 유리의 열적 안정성이 저하되고, 액상 온도가 상승하여, 유리 융액을 성형할 때 점성이 너무 낮아 성형이 곤란해진다. 한편, 그의 함유량이 45％를 초과하면 원하는 굴절률, 아베수를 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, B₂O₃의 함유량을 5 내지 45％로 한다. B₂O₃의 함유량의 바람직한 하한은 10％, 보다 바람직한 하한은 15％, 더욱 바람직한 하한은 20％, 한층 바람직한 하한은 25％이고, 바람직한 상한은 40％이다.

SiO₂는 임의 성분으로서, 유리의 열적 안정성을 높이는 기능을 하지만, 유리 전이 온도를 높임과 동시에, 상술한 바와 같이 Ti, Nb, W, Bi와의 결합이 약하여, Ti, Nb, W, Bi와 성형틀과의 반응을 억제하는 효과가 약하다. 이에 반해 B₂O₃은 상기 반응을 억제하는 기능을 한다. 상기 관점에서 광학 유리 I에서 SiO₂는 필수 성 분이 아닌 임의 성분이며, SiO₂를 함유하는 경우에는 B₂O₃의 함유량을 기준으로 하여 SiO₂의 함유량을 제한하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 네트워크 형성 성분인 SiO₂와 B₂O₃의 상기 반응에 대한 영향의 차이에 주목하면, SiO₂의 함유량의 상한을 B₂O₃의 함유량과의 관계로 정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 반응 억제 효과를 개선하고, 정밀 프레스 성형에 의한 광학 소자의 양산성을 높이는 면에서, SiO₂의 함유량은 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.55배인 것이 바람직하다. SiO₂의 함유량의 보다 바람직한 범위는 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.49배, 더욱 바람직한 범위는 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.48배, 한층 바람직한 범위는 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.40배, 보다 한층 바람직한 범위는 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.3배이지만, 또한 B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.25배의 범위, B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.20배의 범위, B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.15배의 범위, B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.10배, B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.08배, B₂O₃의 함유량의 0 내지 0.06배의 범위의 순으로, 상한이 작아짐에 따라 보다 바람직한 범위가 된다. SiO₂는 함유하지 않을 수도 있다. SiO₂의 함유량과 B₂O₃의 함유량의 비에 관한 상기 바람직한 범위의 각각에 있어서 SiO₂의 함유량을 단독으로 규정하면, 0 내지 6％의 범위가 바람직하고, 0 내지 5.5％의 범위가 보다 바람직하고, 0 내지 5％의 범위가 더욱 바람직하고, 0 내지 4％의 범위가 한층 바람 직하고, 0 내지 3.5％의 범위가 보다 한층 바람직하고, 0 내지 3％의 범위가 한층 더 바람직하다. 상기와 같이 SiO₂의 함유량을 정함으로써, 유리 전이 온도를 저하시킴과 동시에 유리와 성형틀과의 반응 억제 효과를 높일 수 있다.

Li₂O는 유리의 용융성을 개선하고, 알칼리 금속 성분 중에서 고굴절률을 유지하면서 유리 전이 온도를 저하시키는 기능이 강한 성분이다. 그러나, 그의 함유량이 3％를 초과하면, 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워진다. 또한, 화학적 내구성이 저하됨과 동시에, 용융, 성형시에 휘발이 증가하여 맥리가 발생하거나, 광학 특성, 특히 굴절률의 변동이 커진다. 그 때문에 Li₂O의 함유량을 0 내지 3％로 한다. Li₂O의 함유량의 바람직한 범위는 2％ 미만, 보다 바람직한 범위는 1.5％ 미만, 더욱 바람직한 범위는 1％ 미만, 한층 바람직한 범위는 0.5％ 미만이다. Li₂O는 함유하지 않을 수도 있다.

ZnO는 유리의 용융성을 개선하고, 유리 전이 온도를 저하시키는 기능이 있는 필수 성분이다. Li₂O의 함유량이 상기와 같이 제한되어 있기 때문에, 유리 전이 온도를 저하시키는 작용이 있는 ZnO는 중요한 역할을 한다. 그의 함유량이 10％ 미만이면 상기 효과를 얻는 것이 어렵고, 40％를 초과하면 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워진다. 따라서, ZnO의 함유량을 10 내지 40％로 한다. ZnO의 함유량의 바람직한 하한은 15％, 보다 바람직한 하한은 17％, 더욱 바람직한 하한은 18％, 한층 바람직한 하한은 25％이고, 바람직한 상한 은 35％이다.

La₂O₃은 유리의 열적 안정성을 손상시키지 않고, 또한 저분산을 유지하면서 굴절률을 높이는 기능을 하는 필수 성분이다. 그의 함유량이 5％ 미만이면 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어렵고, 30％를 초과하면 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도가 상승한다. 따라서, La₂O₃의 함유량은 5 내지 30％로 한다. La₂O₃의 함유량의 바람직한 하한은 7％, 보다 바람직한 하한은 8％, 더욱 바람직한 하한은 9％, 한층 바람직한 하한은 10％이고, 바람직한 상한은 28％, 보다 바람직한 상한은 25％, 더욱 바람직한 상한은 23％, 한층 바람직한 상한은 20％이다.

Gd₂O₃은 유리의 열적 안정성을 손상시키지 않고, 또한 저분산을 유지하면서 굴절률을 높이는 기능을 하는 임의 성분이다. 그의 함유량이 20％를 초과하면 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도가 상승한다. 따라서, Gd₂O₃의 함유량은 0 내지 20％로 한다. Gd₂O₃의 함유량의 바람직한 하한은 0.1％, 보다 바람직한 하한은 0.5％, 더욱 바람직한 하한은 1％이고, 바람직한 상한은 18％, 보다 바람직한 상한은 15％, 더욱 바람직한 상한은 12％, 한층 바람직한 상한은 10％이다.

TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃은 굴절률을 높이는 기능이 큰 성분이다. 따라서, 원하는 광학 특성을 얻는 면에서, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃ 중 1종 이상을 도입한다. 광학 특성의 조정에 더하여 성형틀과의 반응성을 조정하는 면에서, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃의 함유량에 대해서는 양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X에 기초하여 도입량을 규정한다. Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X를 양이온％로 표시하여 규정하는 것은 상술한 바와 같이 Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온(모두 양이온임)과 성형면과의 반응의 억제와 관련하여 유리 중 조성에 대한 규정이기 때문이다.

Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X가 3％ 미만이면 원하는 광학 특성을 얻는 것, 특히 열적 안정성을 유지하면서 굴절률 nd를 1.85 초과, 아베수 υd를 40 미만으로 하는 것이 어려워진다. 이에 반해 합계 함유량 X가 25％를 초과하면 다른 성분량을 조정하더라도 정밀 프레스 성형시에 유리와 성형틀의 반응에 의해 유리가 성형틀에 견고하게 융착되는 빈도가 증가하여, 정밀 프레스 성형에서의 양산성을 높이는 것이 곤란해진다. 따라서, 양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X를 3 내지 25％로 한다. Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X의 바람직한 하한은 3.5％ 초과, 보다 바람직한 하한은 4％ 초과, 바람직한 상한은 20％, 보다 바람직한 상한은 18％, 더욱 바람직한 상한은 16％, 한층 바람직한 상한은 14％, 보다 한층 바람직한 상한은 13％, 더욱 한층 바람직한 상한은 12％, 한층 더 바람직한 상한은 11％, 상기 상한보다 더욱 바람직한 상한은 순서대로 10.5％, 10％, 9.5％, 9％이다. 또한, 상기 X의 바람직한 상한의 각각과 바람직한 하한의 각각의 임의의 조합이 가능하다.

유리의 열적 안정성 향상, 유리의 착색 감소, 방지, 유리 전이 온도의 저하 등의 관점에서, Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X를 상기 상한, 하한의 임의의 조합, 일례로서 3.5％ 초과 13％ 이하로 한 후에, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃의 각각의 함유량을 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.

TiO₂의 함유량은 열적 안정성의 유지, 착색의 감소, 방지 관점에서 10％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 8％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 6％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 4％ 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 3％로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 2％ 이하로 하는 것이 한층 더 바람직하다. 또한, TiO₂의 함유량을 제로로 할 수도 있다.

Nb₂O₅의 함유량은 열적 안정성의 유지, 착색의 감소, 방지 관점에서 8％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 7％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 5％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 3％ 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 2％로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 1％ 이하로 하는 것이 한층 더 바람직하고, Nb₂O₅를 함유하지 않는 유리가 더욱 한층 바람직하다.

WO₃의 함유량은 열적 안정성의 유지, 착색의 감소, 방지 관점에서 20％ 이하로 하는 것이 바람직하다. WO₃은 적량 도입함으로써 유리 전이 온도를 저하시키는 기능을 한다. 따라서, WO₃의 함유량의 바람직한 하한은 1％, 보다 바람직한 하한은 3％, 더욱 바람직한 하한은 4％이고, 바람직한 상한은 18％, 보다 바람직한 상한은 16％, 더욱 바람직한 상한은 14％, 한층 바람직한 상한은 12％, 보다 한층 바람직 한 상한은 10％이다.

Bi₂O₃의 함유량은 열적 안정성의 유지, 착색의 감소, 방지 관점에서 0 내지 10％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 8％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 6％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하고, 0 내지 4％의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0 내지 2％의 범위로 하는 것이 한층 바람직하고, 0 내지 1％의 범위로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 함유하지 않는 것이 특히 바람직하다.

광학 유리 I은 도 1의 점 A(40, 1.85), B(39, 1.91), C(33, 1.93), D(34, 1.87), A(40, 1.85)을 순서대로 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위(단, 직선 AB, BC, CD, DA를 포함하나, 점 A는 포함하지 않음)에 포함되는 아베수 υd 및 굴절률 nd를 갖는 것이다.

도 1은 광학 유리의 굴절률 nd, 아베수 υd의 분포를 나타낼 때, 해당 기술분야에서 일반적으로 이용되고 있는 표시법이다. 종축이 굴절률 nd, 횡축이 아베수 υd이고, 관습에 따라 횡축은 아베수 υd가 감소함에 따라 우측으로, 증가함에 따라 좌측으로 이동한다. 종축, 횡축 모두 선형으로 표시한다.

도 1에 있어서, 아베수 υd를 x 좌표, 굴절률 nd를 y 좌표로 하는 점을 광학항수 플롯이라 부르며, 광학 유리 I의 광학항수 플롯은 점 A, B, C, D, A에 의해 둘러싸이는 범위 내 및 점 A, B를 연결하는 직선상(단, 점 A는 제외함), 점 B, C를 연결하는 직선상, 점 C, D를 연결하는 직선상, 점 D, A를 연결하는 직선상(점 A를 제외함) 중 어느 하나에 위치한다.

광학항수 플롯이 선 AB의 하측 또는 점 A 상에 오면, 그와 같은 광학 유리를 이용한 광학 소자에서는 고기능화, 컴팩트화가 어려워지기 때문에, 상기 플롯을 선 AB의 상측 또는 점 A를 제외한 선 AB 상으로 한정한다. 광학항수 플롯이 선 BC의 좌측, 선 CD의 상측, 선 DA의 좌측, 점 A 중 어느 하나에 오면 열적 안정성이 저하되거나 또는 유리 전이 온도가 상승하기 때문에, 광학항수 플롯을 선 BC 상 또는 좌측, 또한 선 CD 상 또는 하측, 또한 선 DA 상(단, 점 A를 제외함) 또는 우측으로 한정한다.

광학 소자의 고기능화, 컴팩트화에 보다 적합한 광학 유리를 제공하는 면에서, 굴절률 nd, 아베수 υd가 하기 수학식 a를 만족시키는 것이 바람직하고, 하기 수학식 b를 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 한편, 열적 안정성, 정밀 프레스 성형성을 보다 향상시키는 면에서, 굴절률 nd, 아베수 υd가 하기 수학식 c를 만족시키는 것이 바람직하고, 하기 수학식 d를 만족시키는 것이 보다 바람직하고, 하기 수학식 e를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다.

열적 안정성을 양호하게 유지하면서 정밀 프레스 성형의 양산성이 보다 우수한 유리를 얻는 면에서, 아베수 υd의 바람직한 상한은 39.5, 보다 바람직한 상한은 39, 더욱 바람직한 상한은 38.5, 한층 바람직한 상한은 38이다. 또한, 광학 소자의 고기능화, 컴팩트화에 보다 적합하고, 고굴절률 고분산 유리제 렌즈와의 조합에 의한 색수차 보정에 보다 적합한 렌즈의 재료를 제공하는 면에서, 아베수 υd가 33.5 이상인 광학 유리가 바람직하고, 아베수 υd가 34.0 이상인 광학 유리가 보다 바람직하고, 아베수 υd가 34.5 이상인 광학 유리가 더욱 바람직하고, 아베수 υd가 35.0 이상인 광학 유리가 한층 바람직하고, 아베수 υd가 35.5 이상인 광학 유리가 보다 한층 바람직하고, 아베수 υd가 35.8 이상인 광학 유리가 더욱 한층 바람직하고, 아베수 υd가 36.0 이상인 광학 유리가 한층 더 바람직하고, 아베수 υd가 36.2 이상인 광학 유리가 더 한층 더 바람직하고, 36.4 이상인 광학 유리가 특히 바람직하다.

굴절률은 상술한 유리 성분 중에서 주로 B₂O₃, Li₂O, La₂O₃, Gd₂O₃, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 도입량을 본 발명의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 굴절률에 영향 을 주기 때문에 적절히 조정한다. 또한, 아베수는 상술한 유리 성분 중에서 주로 B₂O₃, La₂O₃, Gd₂O₃, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 도입량을 본 발명의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 굴절률 및 아베수에 영향을 주기 때문에, 적절히 조정한다.

상술한 바와 같이 광학 유리 I에서는 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X에 의해 유리 전이 온도 Tg의 상한을 규정한다. Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량을 X[％]로 하여 수치 X에 5를 곱하고, 단위를 ℃로 하여 650℃에서 차감한 온도가 유리 전이 온도 Tg의 상한이다. X의 증감에 따라 유리 전이 온도 Tg의 상한도 증감한다. 또한, 정밀 프레스 성형시의 유리와 성형틀 성형면과의 반응성도 변화한다. X가 증가하면 상기 반응성도 증대하고, X가 감소하면 상기 반응성은 저하된다. X가 큰 유리에서는 정밀 프레스 성형시 유리와 성형틀 성형면의 온도를 낮게 억제함으로써 상기 반응성을 억제할 수 있고, X가 작은 유리에서는 정밀 프레스 성형시 유리와 성형틀 성형면의 온도에 관한 제약은 완화된다. 또한, 정밀 프레스 성형시의 유리와 성형틀 성형면의 온도는 유리 전이 온도 Tg가 높은 유리인 경우에는 높게 설정해야 하고, 유리 전이 온도 Tg가 낮은 유리인 경우에는 낮게 설정할 수 있다. 이와 같이, X를 증가시키면 유리 전이 온도 Tg가 상승 경향을 나타내는 한편, 정밀 프레스 성형시의 반응성을 억제하는 관점에서 유리 전이 온도 Tg의 상승을 억제할 필요가 있기 때문에, X와 유리 전이 온도 Tg의 관계를 소정의 관계식에 의해 정하고, 이 관계식을 만족시키는 유리에 의해, 정밀 프레스 성형에 의한 양산성 향 상을 달성할 수 있다. 이 관계식은 본 발명자가 상기 관점에서 실험적으로 구한 것이다. 본 발명의 광학 유리는 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X에 의해 결정된 범위의 유리 전이 온도 Tg를 나타내는 조성을 갖는 것으로 한정된다.

X와 유리 전이 온도 Tg의 상한에 관한 상기 관계를 수식으로 나타내면, 하기 수학식 1과 같이 된다.

<수학식 1>

예를 들면, Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X가 5 양이온％인 경우에는

Tg≤655℃-5×5℃

=655℃-25℃

=630℃

가 되어, 유리 전이 온도가 630℃ 이하가 되도록 유리의 조성을 조정한다.

또한, X가 10 양이온％인 경우에는

Tg≤655℃-5×10℃

=655℃-50℃

=605℃

가 되어, 유리 전이 온도가 605℃ 이하가 되도록 유리의 조성을 조정한다.

또한, 정밀 프레스 성형에서의 양산성을 한층 높이는 면에서, 하기 수학식 2를 만족시키는 유리가 바람직하고, 하기 수학식 3을 만족시키는 유리가 보다 바람직하고, 하기 수학식 4를 만족시키는 유리가 더욱 바람직하고, 하기 수학식 5를 만 족시키는 유리가 한층 바람직하다.

또한, 유리 전이 온도를 낮게 하는 것은 정밀 프레스 성형시의 온도를 저하시키는 면에서는 바람직하지만, 과도하게 저하시키면, 원하는 광학 특성을 유지하는 것이 곤란해짐과 동시에, 유리의 열적 안정성도 저하되기 때문에, 유리 전이 온도는 상기 수학식을 만족시키면서 500℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 유리 전이 온도는 상술한 유리 성분 중에서 주로 SiO₂, Li₂O, ZnO의 도입량을 본 발명의 범위 내로 조정함으로써, 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 있어서도 유리 전이 온도에 영향을 주기 때문에 적절히 조정한다.

정밀 프레스 성형시에 유리가 노출되는 최고 온도는 성형 방식에 따라서도 다소 다르지만, 유리가 10^7.2 Pa·s의 점도를 나타내는 온도(Tp라 함)를 표준으로 생각할 수 있다. 정밀 프레스 성형에서의 양산성을 한층 높이는 면에서, Tp의 상 한을 X에 기초하여 정한 이하의 범위를 보다 바람직한 범위로 할 수 있다.

이러한 바람직한 범위는 하기 수학식 5를 만족시키는 유리이고, 보다 바람직한 것은 하기 수학식 6을 만족시키는 유리이고, 더욱 바람직한 것은 하기 수학식 7을 만족시키는 것이고, 한층 바람직한 것은 하기 수학식 8을 만족시키는 것이며, 보다 한층 바람직한 것은 하기 수학식 9를 만족시키는 것이다.

[수학식 5]

[수학식 6]

[수학식 7]

[수학식 8]

[수학식 9]

상기 Tp의 조정도 유리 전이 온도 Tg의 조정과 마찬가지로 행할 수 있다.

광학 유리 I은 상기 성분 이외에 이하의 임의 성분을 포함할 수 있다.

ZrO₂는 적량의 도입에 의해 유리의 열적 안정성, 화학적 내구성을 개선함과 동시에 굴절률을 높이는 기능을 한다. 그러나, 그의 함유량이 10％를 초과하면 유 리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도가 상승하기 때문에, ZrO₂의 함유량을 0 내지 10％로 한다. ZrO₂의 함유량의 바람직한 하한은 0.5％, 보다 바람직한 하한은 1％, 더욱 바람직한 하한은 2％이고, 바람직한 상한은 9％, 보다 바람직한 상한은 8％, 더욱 바람직한 상한은 7％, 한층 바람직한 상한은 6％이다.

Ta₂O₅는 적량의 도입에 의해 유리의 열적 안정성을 비약적으로 개선함과 동시에, 저분산을 유지하면서 굴절률을 높이는 기능을 한다. 그러나, 그의 함유량이 15％를 초과하면 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도가 상승하기 때문에, Ta₂O₅의 함유량을 0 내지 15％로 한다. Ta₂O₅의 함유량의 바람직한 하한은 1％, 보다 바람직한 하한은 2％이고, 바람직한 상한은 13％, 보다 바람직한 상한은 11％, 더욱 바람직한 상한은 9％, 한층 바람직한 상한은 8％이다.

Na₂O, K₂O는 유리의 용융성을 개선함과 동시에 유리 전이 온도를 저하시키는 기능을 하지만, 고굴절률을 유지하면서 유리 전이 온도를 저하시키는 기능이 Li₂O에 비하여 약하다. 또한, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성, 굴절률, 화학적 내구성이 저하된다. 또한, 용융, 성형시에 휘발에 의해 맥리 발생의 원인이 되거나, 광학 특성, 특히 굴절률이 변동한다. 따라서, Na₂O, K₂O의 합계 함유량은 0.5％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.3％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, Na₂O 및 K₂O를 함유하지 않는 것이 더욱 바람직하다.

MgO, CaO, SrO, BaO는 유리의 용융성을 개선하고, 유리 전이 온도를 저하시 키는 기능을 한다. 그러나, 과잉의 도입에 의해 열적 안정성, 화학적 내구성이 저하되고, 원하는 광학 특성을 얻는 것도 어려워지기 때문에, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량을 0 내지 10％로 한다. MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 8％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 6％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 4％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 0.8％이고, 한층 바람직한 범위는 0 내지 0.5％이고, 보다 한층 바람직하게는 0％이다.

Y₂O₃은 굴절률을 높이는 기능을 하지만, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에 유리 전이 온도가 상승한다. 따라서, Y₂O₃의 함유량을 0 내지 10％로 한다. Y₂O₃의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 8％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 6％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 4％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 한층 더 바람직하게는 함유하지 않는 것이다.

La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분을 최적화함으로써 열적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분이란, La₂O₃, Gd₂O₃ 및 Y₂O₃의 합계 함유량(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)에 대한 La₂O₃의 함유량의 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃))을 의미하고, 이 비율을 0.66보다 크게 함으로써 열적 안정성을 더욱 높이고, 액상 온도를 보다 저하시킬 수 있다. 열적 안정성을 높이고, 액상 온도를 더욱 저하시키는 면에서, 상기 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃))의 보다 바람직한 하한은 0.67, 더욱 바람직한 하한은 0.68, 한층 바람직한 하한은 0.69, 보다 한층 바람직한 하한은 0.70이고, 바람직한 상한은 0.90, 보다 바람직한 상한은 0.85이다.

La₂O₃, Gd₂O₃의 배분에 대해서도 최적화함으로써 열적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, La₂O₃, Gd₂O₃의 배분이란, La₂O₃ 및 Gd₂O₃의 합계 함유량(La₂O₃+Gd₂O₃)에 대한 La₂O₃의 함유량의 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃))을 의미하고, 이 비율을 0.66보다 크게 함으로써 열적 안정성을 더욱 높이고, 액상 온도를 보다 저하시킬 수 있다. 열적 안정성을 높이고, 액상 온도를 더욱 저하시키는 면에서, 상기 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃))의 보다 바람직한 하한은 0.67, 더욱 바람직한 하한은 0.68, 한층 바람직한 하한은 0.69, 보다 한층 바람직한 하한은 0.70이고, 바람직한 상한은 0.90, 보다 바람직한 상한은 0.85이다.

상기 La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분, 또는 La₂O₃, Gd₂O₃의 배분을 각각 상기 범위로 함으로써, 열적 안정성을 양호하게 하여 액상 온도의 상승을 억제할 수 있다. 특히, 굴절률과 아베수의 관계식인, 상기 수학식 a를 만족시키는 고굴절률 유리에 있어서, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분, 또는 La₂O₃, Gd₂O₃의 배분을 상기 범위로 하는 것이 바람직하고, 상기 수학식 b를 만족시키는 고굴절률 유리에 있어서, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분, 또는 La₂O₃, Gd₂O₃의 배분을 상기 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

Yb₂O₃은 굴절률을 높이는 기능을 하지만, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에 유리 전이 온도가 상승한다. 따라서, Yb₂O₃의 함유량을 0 내지 10％로 한다. Yb₂O₃의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 8％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 6％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 4％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 한층 더 바람직하게는 함유하지 않는 것이다.

Al₂O₃은 용융 유리의 점성 조정 등을 위해 도입할 수 있지만, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성이 저하되기 때문에, Al₂O₃의 함유량을 0 내지 10％로 한다. Al₂O₃의 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 8％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 6％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 4％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 함유하지 않는 것이 한층 더 바람직하다.

그 밖의 성분으로서, 소량의 GeO₂, Ga₂O₃, Lu₂O₃를 도입할 수도 있지만, 이들 성분은 고가인 반면에 없어도 아무런 문제가 없는 성분이기 때문에, 각각 함유하지 않는 것이 바람직하다. 또한, GeO₂에 있어서는 Ti, Nb, W, Bi의 환원을 촉진시키기 때문에, 정밀 프레스 성형에서의 양산성 향상 관점에서도 도입하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성분의 원료의 일부를 불화물로 대체하여, 소량의 F를 유리에 도입할 수도 있다. 단, F는 유리의 용융, 성형시에 현저한 휘발성을 나타내고, 맥리 발생 요인이나 광학 특성, 특히 굴절률의 변동 요인이 되기 때문에, F의 함유량을 0 내지 8몰％, 바람직하게는 0 내지 6몰％, 보다 바람직하게는 0 내지 4몰％, 더욱 바람직하게는 0 내지 2몰％, 한층 바람직하게는 0 내지 1％로 한다. 특히 바람직하게는 F를 함유하지 않는 것이다. 후술하는 용융 유리 덩어리를 냉각하는 과정에서 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 경우, 내부의 균질성은 물론, 표면 맥리가 없는 매우 높은 광학적 균질성이 요구되기 때문에, F의 함유는 피해야 한다.

또한, Pb, Cd, As, Th, Cr, Te, Se는 독성을 갖기 때문에, 환경 영향을 고려하여 유리 도입 물질로서 사용하지 않는 것이 바람직하다. Pb는 정밀 프레스 성형시에 환원되어서 유리 표면이나 성형틀 표면에 부착되어, 정밀 프레스 성형의 성형 정밀도를 저하시키기 때문에, 이러한 관점에서도 함유하지 않는 것이 바람직하다.

Cs도 도입 효과를 기대할 수 없고, 고가의 성분이기 때문에 함유하지 않는 것이 바람직하다. Fe, Cu, Co, Nd, Er 등은 유리의 착색 요인이 되기 때문에, 함유하지 않는 것이 바람직하다.

또한, Sb₂O₃, SnO₂, CeO₂, 질산염, 암모늄, 염화물 등을 청징제로 하여, 외할 합계량으로 0 내지 1 질량％ 범위로 첨가할 수 있다. 청징 효과를 높이는 면에서는 Sb₂O₃을 외할로 0 내지 1 질량％ 첨가하는 것이 바람직하지만, Sb₂O₃은 강한 산화성을 나타내기 때문에, 성형틀 성형면에 대한 손상을 최대한 감소시키는 면에서, 외할 첨가량을 0 내지 0.8 질량％로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 0.5 질량％로 하는 것이 보다 바람직하다.

SnO₂, CeO₂, 질산염, 암모늄, 염화물은 Sb₂O₃과 비교하여 산화성이 약하기 때문에, 청징을 촉진하면서 성형틀 성형면에 대한 부담을 경감시키는 면에서, SnO₂, CeO₂, 질산염, 암모늄 및 염화물의 외할 합계 첨가량을 0 내지 1 질량％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 0.5 질량％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

정밀 프레스 성형에서의 양산성을 높임과 동시에 유리의 열적 안정성을 높여 원하는 광학 특성을 실현하는 면에서, 상기 청징제는 별도로 하고 B₂O₃, SiO₂, Li₂O, ZnO, La₂O₃, Gd₂O₃, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃, ZrO₂, Ta₂O₅, Na₂O, K₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, Y₂O₃, Yb₂O₃ 및 Al₂O₃의 합계 함유량을 94％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 95％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 96％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 97％ 이상으로 하는 것이 한층 바람직하고, 98％ 이상으로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 99％ 이상으로 하는 것이 한층 더 바람직하고, 100％로 하는 것이 특히 바람직하다.

또한, B₂O₃, SiO₂, Li₂O, ZnO, La₂O₃, Gd₂O₃, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃, ZrO₂ 및 Ta₂O₅의 합계 함유량을 94％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 95％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 96％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 97％ 이상으로 하는 것이 한층 바람직하고, 98％ 이상으로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 99％ 이상으로 하는 것이 한층 더 바람직하고, 100％로 하는 것이 특히 바람직하다.

광학 유리 I의 저온 연화성은 유리 전이 온도에 의해 정해지지만, 굴복점에 주목했을 때, 보다 바람직한 유리를 나타낼 수도 있다.

정밀 프레스 성형에서의 양산성을 높이는 면에서, 굴복점 Ts를 700℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 690℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 685℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 680℃ 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 670℃ 이하로 하는 것이 보다 한층 바람직하다. 그러나, 굴복점을 과잉으로 저하시키면 유리의 열적 안정성이 저하되거나, 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워지기 때문에, 굴복점을 550℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 굴복점 Ts의 조정도 유리 전이 온도 Tg의 조정과 마찬가지로 행할 수 있다.

지금까지 설명한 같이, 정밀 프레스 성형에서의 양산성은 유리와 성형틀의 성형면이 고온에서 밀착된 상태에서 일어나는 유리와 성형면의 반응성의 대소에 의해 결정된다. 동종의 유리를 포함하는 프리폼을 다수 준비하고, 동일한 프레스 성형틀을 이용하여 순차적으로 이들 프리폼을 정밀 프레스 성형하는 경우를 생각한다.

상술한 바와 같이, 유리와 성형면의 반응은 성형틀이 유리를 가압한 상태이면서 유리의 온도가 유리 전이 온도 이상인 상태에서 진행된다고 생각하면, 1회의 정밀 프레스 성형에 있어서 이러한 상태가 계속되는 시간을 t, 정밀 프레스 성형을 문제없이 행할 수 있었던 프레스 횟수를 n으로 하면, 시간 t×n이 긴 쪽이 양산성이 우수한 유리라 할 수 있다.

종래의 유리에서는 프리폼 표면에 성형틀과의 융착을 막는 막을 코팅하더라 도, 반복 정밀 프레스 성형이 가능한 횟수 n이 수십회였다. 이에 반해, 광학 유리 I을 포함하는 프리폼을 사용하면 횟수 n은 80 이상, 바람직하게는 100 이상, 보다 바람직하게는 200 이상, 더욱 바람직하게는 300 이상, 한층 바람직하게는 500 이상이 된다.

t×n에 있어서는 t를 80초로 하면, 종래의 유리를 사용하는 경우, 4000초 정도 또는 4000초에 미치지 않는 데 반해, 본 발명의 광학 유리를 포함하는 프리폼을 사용하면 4000초 초과, 바람직하게는 8000초 이상, 보다 바람직하게는 16000초 이상, 더욱 바람직하게는 24000초 이상, 한층 바람직하게는 40000초 이상이 된다.

이와 같이, 광학 유리 I을 이용한 프리폼의 경우, 동일한 성형틀을 반복 사용하여, 연속하여 양호한 정밀 프레스 성형을 할 수 있는 횟수 n이 많아, 총 시간 t×n이 길다. 이 때문에, 성형틀의 유지 보수가 경감되어, 성형틀 교환을 위해 정밀 프레스 성형 공정을 정지하는 빈도도 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 광학 소자의 생산성, 생산 비용을 대폭 감소시킬 수 있어, 광학 소자의 양산성을 비약적으로 개선할 수 있다.

[광학 유리 II]

광학 유리 II는 B₂O₃-La₂O₃계 조성을 베이스로 하여, 굴절률 nd가 1.87 이상, 아베수 υd가 34.0 이상 40 미만인 광학 유리이다. 이러한 광학 특성을 실현하기 위해, 고굴절률 부여 성분으로서 La₂O₃, Gd₂O₃에 더하여, 상당량의 ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃를 도입하지만, 고굴절률 부여 성분의 배분이 적정하게 이루 어져 있지 않으면, 정밀 프레스 성형성이 현저히 저하된다.

유리에 포함되는 Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온, 특히 Ti 이온은 프레스 성형시 고온하에서 가수 변화를 일으키기 쉽고, 그 결과, 성형면과의 사이에서 산화환원 반응을 일으키기 쉽다고 생각된다. 다량의 고굴절률 부여 성분을 포함하는 유리에 있어서도 일정한 정밀 프레스 성형성을 유지하기 위해서는 상기 반응을 억제하는 것이 필요하다.

이에, 본 발명자는 예의 검토한 결과, 다음 5개의 요소를 고려하여 유리의 조성, 특성을 정함으로써, 정밀 프레스 성형성을 개선할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

제1 요소는 온도에 관한 요소이다. 상기 반응은 온도 상승에 따라 촉진된다. 따라서, 유리에, 저온에서 프레스 성형 가능한 열적 특성을 부여하는 것이 중요하다. 종래에는 유리의 저온 연화성의 지표인 유리 전이 온도는 유리 성분과 틀 성형면과의 반응 억제라는 관점보다 성형틀의 열적 열화를 억제하는 관점에서 정해졌었다. 그러나, Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온과 성형면의 반응을 억제하기 위해서는 유리 전이 온도를 성형틀의 열적 열화가 진행되기 어려운 정도로 저하시키는 것만으로는 불충분하고, 실제로 정밀 프레스 성형이 행해지는 온도 또는 그 온도에 가까운 온도를 제한함으로써 상기 반응을 억제하는 것이 중요하다.

이러한 점에서, 예를 들면 유리가 10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도 Tp 등과 같은, 유리의 변형 온도에 관한 지표를 바탕으로 유리 재료를 설계하는 것이 상기 과제 해결을 위해 필요하게 된다.

제2 요소는 유리 네트워크 형성 성분에 관한 것이다.

광학 유리 II의 네트워크 형성 성분에는 주로 SiO₂(임의 성분)과 B₂O₃을 들 수 있다. SiO₂는 유리 중에서 주로 4배위의 SiO₄ 사면체로서 존재한다고 생각된다. 한편, B₂O₃은 3배위와 4배위의 구조가 알려져 있지만, 붕산희토류 결정에 있어서 희토류 등의 다가 이온에 배위한 4배위의 BO₄ 구조를 취하는 것이 제안되어 있고, 이로부터 본 발명의 제2 양태에서도 주로 4배위의 BO₄ 사면체가 존재하는 것으로 추정된다.

여기서, SiO₄ 사면체에 배위하는 산소는 Si와 강하게 공유 결합되어 있기 때문에, 이들 산소가 갖는 음의 유효 전하의 절대치가 작아 다른 이온을 산화시키는 힘이 약하다. 한편, BO₄ 사면체에 배위하는 산소는 이온 결합성이 강하기 때문에, 이들 산소가 갖는 음의 유효 전하의 절대치가 커서, 이에 따라 다른 이온을 산화시키는 힘이 강하다. 이 때문에, Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온의 산화 상태를 유지하는 기능은 SiO₂보다 B₂O₃ 쪽이 강하다고 생각된다.

지금까지 SiO₂는 열적 안정성을 높이고, 유리 융액의 성형성을 개선하기 위해 적극적으로 도입되어 왔지만, Ti 이온, Nb 이온, W 이온, Bi 이온, 특히 Ti 이온의 산화 상태를 유지하고, 프레스 성형틀의 성형면과 유리의 반응을 억제하는 면 에서, SiO₂의 함유량을 소정의 범위로 제한하는 것이 필요하다.

제3 요소는 유리의 열적 안정성에 관한 것이다. SiO₂는 유리의 열적 안정성을 개선하고, 유리 융액의 성형성을 양호화하는 기능이 있지만, 유리 전이 온도나 Tp를 상승시키는 성분이기도 하다. 이와는 반대로, 알칼리 금속 성분은 유리 전이 온도나 Tp를 저하시키지만, 유리의 열적 안정성을 저하시키는 성분이다. 따라서, 제2 요소에 기초하여 SiO₂의 함유량을 제한함과 동시에, 알칼리 금속 성분의 양도 제한하면, 유리 전이 온도나 Tp를 상승시키지 않고 유리의 열적 안정성을 유지할 수 있다. 또한, La₂O₃, Gd₂O₃ 등의 희토류 성분을 소정의 범위 내에서 공존시킴으로써 열적 안정성을 개선할 수 있다. 광학 유리 II는 희토류 성분으로서 Y₂O₃을 임의 성분으로서 함유할 수도 있지만, Y₂O₃을 함유하는 경우에도 소정의 범위 내에서 공존시킴으로써, La₂O₃, Gd₂O₃에 비하여 효과는 작지만, 열적 안정성을 개선할 수 있다.

제4 요소는 알칼리 금속 성분에 크게 의존하지 않고 유리 전이 온도를 저하시키는 것이다. 제3 요소에 있어서, 알칼리 금속 성분의 양을 제한하지만, 이를 보충하기 위해 유리 성분으로서 굴절률을 저하시키지 않고 유리 전이 온도나 Tp를 저하시키는 기능이 있는 ZnO를 도입한다.

제5의 요소는 고굴절률 특성을 실현하기 위해, 소정량의 La₂O₃, Gd₂O₃에 더하 여, 합계로 소정량 이상의 ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃를 도입하면서 정밀 프레스 성형시에 가수 변화를 일으키기 쉽고, 성형면과의 사이에서 산화환원 반응을 일으키기 쉬운 TiO₂가 차지하는 비율을 제한하는 것이다. 또한, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃의 합계 함유량을 과잉으로 하면 유리의 열적 안정성이 저하되거나, 유리 전이 온도나 Tp가 상승하는 등의 문제가 일어나기 때문에, 이러한 점을 고려하여 상기 합계 함유량을 정한다.

본 발명의 제2 양태에서는 이들 5개의 요소를 동시에 만족시킴으로써, 상기 과제를 해결한다.

이러한 사상에 기초하여 완성된 광학 유리 II는 몰％ 표시로,

B₂O₃을 5 내지 45％,

SiO₂를 0 내지 6％(단, 6％를 포함하지 않음),

Li₂O, Na₂O 및 K₂O를 합계로 0 내지 3％,

ZnO를 10 내지 40％,

La₂O₃을 5 내지 30％,

Gd₂O₃을 0 내지 20％,

Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량에 대한 Ti⁴ ⁺의 함유량의 양이온비가 0.30 이하이고, 10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도 Tp가 706℃ 이하이고, 굴절률 nd 및 아베수 υd가 하기 수학식 I 내지 수학식 IV를 모두 만족시키는 것을 특징으로 하는 광학 유리이다.

<수학식 I>

<수학식 II>

<수학식 III>

<수학식 IV>

이하, 상기 유리에 대하여 상세히 설명하지만, 산화물로서 표시하는 성분의 함유량, 합계 함유량은 몰％ 표시로 하고, Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺, Bi³ ⁺로 표시했을 경우의 Ti, Nb, W, Bi의 각 함유량 및 합계 함유량은 양이온％ 표시로 한다.

B₂O₃은 유리 네트워크 형성 성분으로서, 본 발명에서 필수 성분이다. 그의 함유량이 5％ 미만이면, 유리의 열적 안정성이 저하되고, 액상 온도가 상승하여, 유리 융액을 성형할 때, 점성이 너무 낮아 성형이 곤란해진다. 한편, 그의 함유량 이 45％를 초과하면 원하는 굴절률, 아베수를 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, B₂O₃의 함유량을 5 내지 45％로 한다. B₂O₃의 함유량의 바람직한 하한은 10％, 보다 바람직한 하한은 15％, 더욱 바람직한 하한은 20％, 한층 바람직한 하한은 25％이고, 바람직한 상한은 40％이다.

SiO₂는 임의 성분으로서, 유리의 열적 안정성을 높이는 기능을 하지만, 유리 전이 온도나 상기 Tp를 높임과 동시에, 상술한 바와 같이 Ti, Nb, W, Bi와의 결합이 약하여, Ti, Nb, W, Bi와 성형틀과의 반응을 억제하는 효과가 약하다. 이에 반해, B₂O₃은 상기 반응을 억제하는 기능을 한다. SiO₂의 함유량이 6％ 이상이 되면 상기 반응 억제 효과가 저하되어, 정밀 프레스 성형시에 유리와 틀 성형면과의 융착이나 유리의 발포와 같은 문제가 발생하기 쉬워진다. 따라서, SiO₂의 함유량은 0 내지 6％(단, 6％를 제외함)로 한다. SiO₂의 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 5.5％의 범위, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 5％의 범위, 한층 바람직한 범위는 0 내지 4％의 범위, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 3.5％의 범위, 더욱 한층 바람직한 범위는 0 내지 3％의 범위이다. 상기와 같이 SiO₂의 함유량을 정함으로써, 유리 전이 온도나 Tp를 저하시킴과 동시에, 유리와 성형틀 성형면과의 반응 억제 효과를 높일 수 있다.

Li₂O, Na₂O, K₂O는 유리의 용융성을 개선하고, 유리 전이 온도나 Tp를 저하시키는 기능을 하는 성분이다. 그러나, Li₂O, Na₂O 및 K₂O의 합계 함유량이 3％를 초 과하면, 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워진다. 또한, 화학적 내구성이 저하됨과 동시에, 용융, 성형시에 휘발이 증가하여 맥리가 발생하거나, 광학 특성, 특히 굴절률의 변동이 커진다. 이 때문에, Li₂O, Na₂O 및 K₂O의 합계 함유량을 0 내지 3％로 한다. Li₂O, Na₂O 및 K₂O의 합계 함유량의 바람직한 범위는 2％ 미만, 보다 바람직한 범위는 1.5％ 미만, 더욱 바람직한 범위는 1％ 미만, 한층 바람직한 범위는 0.5％ 미만이다. Li₂O, Na₂O 및 K₂O는 함유하지 않을 수도 있다.

Li₂O는 알칼리 금속 성분 중, 고굴절률을 유지하면서 유리 전이 온도나 Tp를 저하시키는 기능이 강한 성분이다. 따라서, Li₂O, Na₂O, K₂O 중 Li₂O의 함유량을 가장 많게 하는 것이 바람직하다. Na₂O, K₂O는 함유하지 않을 수도 있다.

유리의 프레스 온도를 저하시켜 정밀 프레스 성형성을 높이고자 하는 경우, 알칼리 금속 성분을 많이 함유시키는 편이 바람직하다. 한편, 알칼리 금속 성분은 유리의 메쉬 구조를 절단하여 결정화를 촉진하는 성분이기도 하다. 따라서, 유리소재의 성형성을 고려할 때, Li₂O 함유량의 바람직한 범위는 0 내지 10％, 보다 바람직한 범위는 0 내지 8％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 6％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 5％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 3％, 더욱 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％(단, 2％를 포함하지 않음), 한층 더 바람직한 범위는 0 내지 1.5％(단, 1.5％를 포함하지 않음), 더욱 한층 더 바람직한 범위는 0 내지 1％(단, 1％ 를 포함하지 않음), 특히 바람직한 범위는 0 내지 0.5％(단, 0.5％를 포함하지 않음)로서, Li₂O를 포함하지 않는 유리가 가장 바람직하다.

ZnO는 유리의 용융성을 개선하고, 유리 전이 온도를 저하시키는 기능이 있는 필수 성분이다. Li₂O의 함유량이 상기와 같이 제한되기 때문에, 유리 전이 온도를 저하시키는 작용이 있는 ZnO는 중요한 역할을 한다. 그의 함유량이 10％ 미만이면 상기 효과를 얻는 것이 어렵고, 40％를 초과하면 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워진다. 따라서, ZnO의 함유량을 10 내지 40％로 한다. ZnO의 함유량의 바람직한 하한은 15％, 보다 바람직한 하한은 17％, 더욱 바람직한 하한은 18％, 한층 바람직한 하한은 25％이고, 바람직한 상한은 35％이다.

La₂O₃은 유리의 열적 안정성을 손상시키지 않고, 또한 저분산을 유지하면서 굴절률을 높이는 기능을 하는 필수 성분이다. 그의 함유량이 5％ 미만이면 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어렵고, 30％를 초과하면 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도나 Tp가 상승한다. 따라서, La₂O₃의 함유량은 5 내지 30％로 한다. La₂O₃의 함유량의 바람직한 하한은 7％, 보다 바람직한 하한은 8％, 더욱 바람직한 하한은 9％, 한층 바람직한 하한은 10％이고, 바람직한 상한은 28％, 보다 바람직한 상한은 25％, 더욱 바람직한 상한은 23％, 한층 바람직한 상한은 20％이다.

Gd₂O₃은 유리의 열적 안정성을 손상시키지 않고, 또한 저분산을 유지하면서 굴절률을 높이는 기능을 하기 위해 유효한 성분이다. 그러나, 그의 함유량이 20％를 초과하면 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도나 Tp가 상승한다. 따라서, Gd₂O₃의 함유량은 0 내지 20％로 한다. Gd₂O₃ 도입 효과를 얻는 면에서, Gd₂O₃의 함유량을 1 내지 20％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, Gd₂O₃의 함유량의 보다 바람직한 하한은 1％, 더욱 바람직한 하한은 2％, 한층 바람직한 하한은 3％, 보다 한층 바람직한 하한은 4％이고, 바람직한 상한은 18％, 보다 바람직한 상한은 15％, 더욱 바람직한 상한은 12％, 한층 바람직한 상한은 10％이다.

ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃은 굴절률을 높이는 기능이 큰 성분이다. 따라서, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 합계 함유량이 12.5％ 미만이면 요구되는 광학 특성이 잘 얻어지지 않게 되고, 상기 합계 함유량이 20％를 초과하면 유리 전이 온도나 Tp가 상승하거나 유리의 열적 안정성이 저하되기 때문에, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 합계 함유량을 12.5 내지 20％로 한다. ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 합계 함유량의 바람직한 하한은 13％, 보다 바람직한 하한은 14％, 더욱 바람직한 하한은 15％이고, 바람직한 상한은 25％, 보다 바람직한 하한은 22％, 더욱 바람직한 하한은 19％, 한층 바람직한 하한은 18％, 보다 한층 바람직한 하한은 17％이다.

또한, Zr, Ta, Ti, Nb, W, Bi의 바람직한 합계량은 상기 관점과 동일한 이유 에 의해 Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량에 의해서도 표시할 수 있다. 즉, Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량의 바람직한 하한은 10％, 보다 바람직한 하한은 11％, 더욱 바람직한 하한은 12％, 한층 바람직한 하한은 13％이고, 바람직한 상한은 20％, 보다 바람직한 상한은 18％, 더욱 바람직한 상한은 16％, 한층 바람직한 상한은 15％, 보다 한층 바람직한 상한은 14％이다.

또한, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량이 3％ 미만이면, 열적 안정성을 유지하면서 원하는 광학 특성을 얻기 어려워지는 경향이 생기고, 상기 합계 함유량이 25％를 초과하면 다른 성분량을 조정하더라도 정밀 프레스 성형시에 유리와 성형틀의 반응에 의해 유리가 성형틀에 견고하게 융착되는 빈도가 증가하는 경향을 보이기 때문에, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량을 3 내지 25％로 하는 것이 바람직하다. 상기 합계 함유량 X의 보다 바람직한 하한은 3.5％ 초과, 더욱 바람직한 하한은 4％ 초과이고, 보다 바람직한 상한은 20％, 더욱 바람직한 상한은 18％, 한층 바람직한 상한은 16％, 보다 한층 바람직한 상한은 14％, 더욱 한층 바람직한 상한은 13％, 한층 더 바람직한 상한은 12％, 더욱 한층 더 바람직한 상한은 11％, 특히 바람직한 상한은 10.5％, 가장 바람직한 상한은 10％이다.

특히, 다른 다가 이온에 비해 Ti⁴ ⁺는 단위량당 점성의 증가량 및 유리 환원성이 크다. 따라서, 프레스 성형틀과의 융착 반응을 야기하는 경향을 감소시키기 위해, Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량에 대한 Ti⁴ ⁺ 함유량의 양이온비를 0.40 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.35 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.30 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.25 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 0.20 이하로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 0.15 이하로 하는 것이 더 한층 바람직하고, 0.10 이하로 하는 것이 한층 더 바람직하고, 0.05 이하로 하는 것이 보다 훨씬 바람직하고, 0.03 이하로 하는 것이 더욱 훨씬 바람직하고, 0.02 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.

ZrO₂는 적량의 도입에 의해 유리의 열적 안정성, 화학적 내구성을 개선함과 동시에 굴절률을 높이는 기능을 한다. 그러나, 그의 함유량이 10％를 초과하면 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도나 Tp가 상승하기 때문에, ZrO₂의 함유량을 0 내지 10％로 하는 것이 바람직하다. ZrO₂의 함유량의 바람직한 하한은 0.5％, 보다 바람직한 하한은 1％, 더욱 바람직한 하한은 2％이고, 바람직한 상한은 9％, 보다 바람직한 상한은 8％, 더욱 바람직한 상한은 7％, 한층 바람직한 상한은 6％이다.

Ta₂O₅는 적량의 도입에 의해 유리의 열적 안정성을 비약적으로 개선함과 동시에, 저분산을 유지하면서 굴절률을 높이는 기능을 한다. 그러나, 그의 함유량이 15％를 초과하면 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에, 유리 전이 온도가 상승하기 때문에, Ta₂O₅의 함유량을 0 내지 15％로 하는 것이 바람직하다. Ta₂O₅의 함유량 의 바람직한 하한은 1％, 보다 바람직한 하한은 2％이고, 바람직한 상한은 13％, 보다 바람직한 상한은 11％, 더욱 바람직한 상한은 9％, 한층 바람직한 상한은 8％이다.

Nb₂O₅의 함유량은 열적 안정성의 유지, 착색의 감소, 방지 관점에서 8％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 7％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 5％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 3％ 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 2％로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 1％ 이하로 하는 것이 한층 더 바람직하고, Nb₂O₅를 함유하지 않는 유리가 더 한층 바람직하다.

Bi₂O₃의 함유량은 열적 안정성의 유지, 착색의 감소, 방지 관점에서 0 내지 10％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 8％의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 6％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하고, 0 내지 4％의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0 내지 2％의 범위로 하는 것이 한층 바람직하고, 0 내지 1％의 범위로 하는 것이 보다 한층 바람직하고, 함유시키지 않는 것이 특히 바람직하다.

광학 유리 II의 굴절률 nd, 아베수 υd는 하기 수학식 I부터 수학식 IV까지의 4개의 수학식을 동시에 만족시키는 범위로서 특정할 수 있다.

<수학식 I>

<수학식 II>

<수학식 III>

<수학식 IV>

도 2는 도 1과 마찬가지로, 종축이 굴절률 nd, 횡축이 아베수 υd이고, 관습에 따라 횡축은 아베수 υd가 감소함에 따라 우측으로, 증가함에 따라 좌측으로 이동한다. 종축, 횡축 모두 선형으로 표시한다.

도 2에 있어서, 상기 4개의 관계식을 만족시키는(아베수 υd 굴절률 nd) 유리는 점 A(34, 1.94), B(40, 1.88), C(40, 1.87), D(36, 1.87), E(34, 1.89), A(34, 1.94)를 순서대로 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위(단, 직선 AB(점 B를 포함하지 않음), CD(점 C를 포함하지 않음), DE, EA를 포함하나, 직선 BC는 포함하지 않음)에 포함되는 아베수 υd 및 굴절률 nd를 갖는 것이다.

도 2는 광학 유리 II의 굴절률 nd, 아베수 υd의 분포를 나타낼 때, 해당 기술분야에서 일반적으로 이용되고 있는 표시법이다. 종축이 굴절률 nd, 횡축이 아베수 υd이고, 관습에 따라 횡축은 아베수 υd가 감소함에 따라 우측으로, 증가함에 따라 좌측으로 이동한다. 종축, 횡축 모두 선형으로 표시한다.

광학항수 플롯이 선 AB의 상측에 오면 열적 안정성이 저하되거나 유리 전이 온도나 Tp가 상승하기 때문에, 상기 플롯을 선 AB 상 또는 선 AB보다 굴절률 nd가 낮은 범위로 한다. 상기 플롯이 선 BC 상 또는 선 BC의 좌측에 오면 열적 안정성을 유지하고, 유리 전이 온도나 Tp의 상승을 억제하면서 요구되는 굴절률을 얻는 것이 곤란해지기 때문에, 도 2에 있어서 상기 플롯을 선 BC보다 우측의 범위로 한다. 상기 플롯이 선 CD보다 저굴절률측, 선 DE보다 저굴절률측에 오면 광학 소자의 고기능화, 컴팩트화에 보다 적합한 광학 유리가 아니게 되기 때문에 상기 플롯을 선 CD 상 또는 선 CD보다 굴절률이 높은 범위이면서 선 DE 상 또는 선 DE보다 굴절률이 높은 범위로 한다. 또한, 색수차의 보정에 적합한 광학 유리를 제공하는 면에서, 도 2에 있어서 상기 플롯이 선 EA 상 또는 선 EA보다 좌측에 오도록 한다.

또한, 상기 광학 특성의 범위에서, 색수차 보정에 적합한 광학 소자용 광학 유리를 제공하는 면에서, 하기 수학식 I-1-1을 만족시키는 광학 유리가 바람직하고, 하기 수학식 I-1-2를 만족시키는 광학 유리가 보다 바람직하고, 하기 수학식 I-1-3을 만족시키는 광학 유리가 더욱 바람직하고, 하기 수학식 I-1-4를 만족시키는 광학 유리가 한층 바람직하고, 하기 수학식 I-1-5를 만족시키는 광학 유리가 보다 한층 바람직하고, 하기 수학식 I-1-6을 만족시키는 광학 유리가 더욱 한층 바람직하다.

[수학식 I-1-1]

[수학식 I-1-2]

[수학식 I-1-3]

[수학식 I-1-4]

[수학식 I-1-5]

[수학식 I-1-6]

또한, 도 2에 나타낸 광학 특성의 범위에서, 유리 전이 온도나 Tp를 저하시 키면서 열적 안정성을 개선하는 면에서, 하기 수학식 I-2-1을 만족시키는 광학 유리가 바람직하고, 하기 수학식 I-2-2를 만족시키는 광학 유리가 보다 바람직하고, 하기 수학식 I-2-3을 만족시키는 광학 유리가 더욱 바람직하다.

[수학식 I-2-1]

[수학식 I-2-2]

[수학식 I-2-3]

또한, 도 2에 나타낸 광학 특성의 범위에서, 고기능을 구비한 광학 소자용 광학 유리를 제공하거나, 광학 소자의 컴팩트화에 보다 적합한 광학 유리를 제공하는 면에서, 하기 수학식 II-1을 만족시키는 광학 유리가 바람직하고, 하기 수학식 II-2를 만족시키는 광학 유리가 보다 바람직하고, 하기 수학식 II-3을 만족시키는 광학 유리가 더욱 바람직하고, 하기 수학식 II-4를 만족시키는 광학 유리가 한층 바람직하다.

[수학식 II-1]

[수학식 II-2]

[수학식 II-3]

[수학식 II-4]

또한, 색수차 보정용 광학 소자 등에 보다 적합하며, 고기능을 구비한 광학 소자용 광학 유리 또는 광학 소자의 컴팩트화에 보다 적합한 광학 유리를 제공하는 면에서, 도 2에 나타낸 광학 특성의 범위에서, 하기 수학식 III-1을 만족시키는 광학 유리가 바람직하고, 하기 수학식 III-2를 만족시키는 광학 유리가 보다 바람직하고, 하기 수학식 III-3을 만족시키는 광학 유리가 더욱 바람직하고, 하기 수학식 III-4를 만족시키는 광학 유리가 한층 바람직하고, 하기 수학식 III-5를 만족시키는 광학 유리가 보다 한층 바람직하고, 하기 수학식 III-6을 만족시키는 광학 유리가 더 한층 바람직하고, 하기 수학식 III-7을 만족시키는 광학 유리가 한층 더 바람직하고, 하기 수학식 III-8을 만족시키는 광학 유리가 더 한층 더 바람직하고, 하기 수학식 III-9를 만족시키는 광학 유리가 특히 바람직하고, 하기 수학식 III-10을 만족시키는 광학 유리가 가장 바람직하다.

[수학식 III-1]

[수학식 III-2]

[수학식 III-3]

[수학식 III-4]

[수학식 III-5]

[수학식 III-6]

[수학식 III-7]

[수학식 III-8]

[수학식 III-9]

[수학식 III-10]

또한, 열적 안정성을 한층 개선하거나, 또는 유리 전이 온도나 Tp의 상승을 억제하는 면에서, 도 2에 나타낸 광학 특성의 범위에서, 하기 수학식 IV-1을 만족시키는 광학 유리가 바람직하고, 하기 수학식 IV-2를 만족시키는 광학 유리가 보다 바람직하고, 하기 수학식 IV-3을 만족시키는 광학 유리가 더욱 바람직하고, 하기 수학식 IV-4를 만족시키는 광학 유리가 한층 바람직하고, 하기 수학식 IV-5를 만족시키는 광학 유리가 보다 한층 바람직하고, 하기 수학식 IV-6을 만족시키는 광학 유리가 더 한층 바람직하고, 하기 수학식 IV-7을 만족시키는 광학 유리가 한층 더 바람직하고, 하기 수학식 IV-8을 만족시키는 광학 유리가 더 한층 더 바람직하고, 하기 수학식 IV-9를 만족시키는 광학 유리가 특히 바람직하고, 하기 수학식 IV-10을 만족시키는 광학 유리가 가장 바람직하다.

[수학식 IV-1]

[수학식 IV-2]

[수학식 IV-3]

[수학식 IV-4]

[수학식 IV-5]

[수학식 IV-6]

[수학식 IV-7]

[수학식 IV-8]

[수학식 IV-9]

[수학식 IV-10]

아베수 υd를 상기 범위보다 너무 크게 하면, La₂O₃, Gd₂O₃과 같은 희토류 산화물 성분의 함유량이 과잉이 되어, 유리의 열적 안정성이 저하되는 경향을 나타내고, 아베수 υd를 상기 범위보다 너무 작게 하면, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃, Bi₂O₃ 등의 고굴절률 고분산 부여 성분의 함유량이 과잉이 되어 정밀 프레스 성형성이 저하된다. 유리의 열적 안정성과 정밀 프레스 성형성을 함께 개선하고, 광학 소자의 양산성을 높이는 면에서도 아베수 υd를 상기 범위로 하는 것이 바람직하다.

굴절률은 상술한 유리 성분 중에서 주로 B₂O₃, Li₂O, La₂O₃, Gd₂O₃, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 도입량을 본 발명의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 굴절률에 영향을 주기 때문에 적절히 조정한다. 또한, 아베수는 상술한 유리 성분 중에서 주로 B₂O₃, La₂O₃, Gd₂O₃, ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃의 도입량을 본 발명의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 굴절률 및 아베수에 영향을 주기 때문에 적절히 조정한다.

다음으로 10^7.2 Pa·s의 점도를 나타내는 온도 Tp에 대하여 설명한다. 정밀 프레스 성형시에 유리가 노출되는 최고 온도는 성형 방식에 따라서도 다소 달라지지만, 유리가 10^7.2 Pa·s의 점도를 나타내는 온도(Tp라 함)를 표준으로 생각할 수 있다. 정밀 프레스 성형에서의 양산성을 한층 높이는 면에서, Tp의 상한을 706℃로 한다. 상술한 제1 요소로부터 제5 요소를 일체화함으로써, 정밀 프레스 성형에서의 양산성을 비약적으로 개선할 수 있다.

정밀 프레스 성형에서의 양산성을 한층 개선하는 면에서, Tp가 704℃ 이하인 광학 유리가 바람직하고, 702℃ 이하인 광학 유리가 보다 바람직하고, 700℃ 이하인 광학 유리가 더욱 바람직하고, 698℃ 이하인 광학 유리가 한층 바람직하고, 696℃ 이하인 광학 유리가 보다 한층 바람직하고, 694℃ 이하인 광학 유리가 더 한층 바람직하고, 690℃ 이하인 광학 유리가 한층 더 바람직하다. 또한, 광학항수보다 정밀 프레스 성형성을 중시했을 경우, Tp는 700℃ 이하가 바람직하고, 690℃ 이하가 보다 바람직하고, 680℃ 이하가 더욱 바람직하고, 670℃ 이하가 한층 바람직하다.

광학 유리의 Tp는 유리 전이 온도 Tg의 조정과 마찬가지로 행할 수 있다. 즉, 상술한 유리 성분의 도입량을 본 발명의 범위 내에서 조정함으로써, 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 유리 전이 온도에 영향을 주기 때문에 적절히 조정한다.

광학 유리 II는 상기 성분 이외에 이하의 임의 성분을 포함하는 성분을 포함할 수 있다.

MgO, CaO, SrO, BaO는 유리의 용융성을 개선하고, 유리 전이 온도를 저하시키는 기능을 한다. 그러나, 과잉의 도입에 의해 열적 안정성, 화학적 내구성이 저하되어, 원하는 광학 특성을 얻는 것도 어려워지기 때문에, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량을 0 내지 10％로 하는 것이 바람직하다. MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합계 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 8％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 6％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 4％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 더 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 한층 더 바람직한 범위는 0 내지 0.8％이고, 특히 바람직한 범위는 0 내지 0.5％이고, 0％로 할 수도 있다.

Y₂O₃은 굴절률을 높이는 기능을 하지만, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에 유리 전이 온도나 Tp가 상승한다. 따라서, Y₂O₃의 함유량을 0 내지 10％로 하는 것이 바람직하다. Y₂O₃의 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 8％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 6％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 4％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 더 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 한층 더 바람직하게는 함유하지 않는 것이다.

La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분을 최적화함으로써, 열적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, La₂O₃, Gd₂O₃ 및 Y₂O₃의 합계 함유량(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)에 대한 La₂O₃의 함유량의 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃))을 0.66보다 크게 함으로써 열적 안정성을 더욱 높이고, 액상 온도를 보다 저하시킬 수 있다. 열적 안정성을 높이고, 액상 온도를 더욱 저하시키는 면에서, 상기 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃))의 보다 바람직한 하한은 0.67, 더욱 바람직한 하한은 0.68, 한층 바람직한 하한은 0.69, 보다 한층 바람직한 하한은 0.70이고, 바람직한 상한은 0.90, 보다 바람직한 상한은 0.85이다.

La₂O₃, Gd₂O₃의 배분에 대해서도 최적화함으로써 열적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, La₂O₃ 및 Gd₂O₃의 합계 함유량(La₂O₃+Gd₂O₃)에 대한 La₂O₃의 함유량의 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃))을 0.66보다 크게 함으로써 열적 안정성을 더욱 높이고, 액상 온도를 보다 저하시킬 수 있다. 열적 안정성을 높이고, 액상 온도를 더욱 저하시키는 면에서, 상기 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃))의 보다 바람직한 하한은 0.67, 더욱 바람직한 하한은 0.68, 한층 바람직한 하한은 0.69, 보다 한층 바람직한 하한은 0.70이고, 바람직한 상한은 0.90, 보다 바람직한 상한은 0.85이다. La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분, 또는 La₂O₃, Gd₂O₃의 배분을 상기 범위로 함으로써, 열적 안정성을 양호하게 하여 액상 온도의 상승을 억제할 수 있다. 특히, 상기 수학식 II-1 내지 수학식 II-4 중 어느 하나를 만족시키는 고굴절률 유리에 있어서, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분, 또는 La₂O₃, Gd₂O₃의 배분을 상기 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 수학식 III-1 내지 수학식 III-10 중 어느 하나를 만족시키는 고굴절률 유리에 있어서, La₂O₃, Gd₂O₃, Y₂O₃의 배분, 또는 La₂O₃, Gd₂O₃의 배분을 상기 범위로 하는 것이 바람직하다.

Yb₂O₃은 굴절률을 높이는 기능을 하지만, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성이 저하됨과 동시에 유리 전이 온도가 상승한다. 따라서, Yb₂O₃의 함유량을 0 내지 10％로 하는 것이 바람직하다. Yb₂O₃의 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 8％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 6％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 4％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 더욱 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 한층 더 바람직하게는 함유하지 않는 것이다.

Al₂O₃은 용융 유리의 점성 조정 등을 위해 도입할 수 있지만, 과잉의 도입에 의해 유리의 열적 안정성이 저하되기 때문에, Al₂O₃의 함유량을 0 내지 10％로 하는 것이 바람직하다. Al₂O₃의 함유량의 보다 바람직한 범위는 0 내지 8％, 더욱 바람직한 범위는 0 내지 6％, 한층 바람직한 범위는 0 내지 4％, 보다 한층 바람직한 범위는 0 내지 2％, 더 한층 바람직한 범위는 0 내지 1％이고, 함유하지 않는 것이 한층 더 바람직하다.

그 밖의 성분으로서, 소량의 GeO₂, Ga₂O₃, Lu₂O₃을 도입할 수도 있지만, 이들 성분은 고가인 반면에 없어도 아무런 문제가 없는 성분이기 때문에, 각각 함유하지 않는 것이 바람직하다. 또한, GeO₂에 대해서는 그 자신이 가수 변화하여 상술한 산화환원 반응을 일으킬 우려가 있기 때문에, 정밀 프레스 성형에서의 양산성 향상 관점에서도 도입하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성분의 원료의 일부를 불화물로 대체하여, 소량의 F를 유리에 도입할 수도 있다. 단, F는 유리의 용융, 성형시에 현저한 휘발성을 나타내어, 맥리 발생 요인이나 광학 특성, 특히 굴절률의 변동 요인이 되기 때문에, F의 함유량을 0 내지 8몰％, 바람직하게는 0 내지 6몰％, 보다 바람직하게는 0 내지 4몰％, 더욱 바람직하게는 0 내지 2몰％, 한층 바람직하게는 0 내지 1％로 한다. 특히 바람직하게는 F를 함유하지 않는다. 후술하는 용융 유리 덩어리를 냉각하는 과정에서 정밀 프레스 성형용 프리폼으로 성형하는 경우, 내부의 균질성은 물론, 표면 맥리가 없는 매우 높은 광학적 균질성이 요구되기 때문에, F의 함유는 피해야 한다.

또한, Pb, Cd, As, Th, Cr, Te, Se는 독성을 갖기 때문에, 환경 영향을 고려하여 유리 도입 물질로서 사용하지 않은 것이 바람직하다. Pb는 정밀 프레스 성형시에 환원되어, 유리 표면이나 성형틀 표면에 부착되어, 정밀 프레스 성형의 성형 정밀도를 저하시키기 때문에, 이러한 관점에서도 함유하지 않는 것이 바람직하다.

Cs도 도입 효과를 기대할 수 없고, 고가의 성분이기 때문에, 함유하지 않는 것이 바람직하다. Fe, Cu, Co, Nd, Er 등은 유리의 착색 요인이 되기 때문에, 함 유시키지 않는 것이 바람직하다.

또한, Sb₂O₃, SnO₂, CeO₂, 질산염, 암모늄, 염화물 등을 청징제로 하여, 외할 합계량으로 0 내지 1 질량％의 범위로 첨가할 수 있다. 청징 효과를 높이는 면에서는 Sb₂O₃을 외할로 0 내지 1 질량％ 첨가하는 것이 바람직하지만, Sb₂O₃은 강한 산화성을 나타내기 때문에, 성형틀 성형면에 대한 손상을 최대한 감소시키는 면에서, 외할 첨가량을 0 내지 0.8 질량％로 하는 것이 바람직하고, 0 내지 0.5 질량％로 하는 것이 보다 바람직하다.

광학 유리 II의 저온 연화성은 Tp에 의해 정해지지만, 굴복점에 주목했을 때, 보다 바람직한 유리를 나타낼 수도 있다.

정밀 프레스 성형에서의 양산성을 높이는 면에서, 굴복점 Ts를 700℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 690℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 685℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 680℃ 이하로 하는 것이 한층 바람직하고, 670℃ 이하로 하는 것이 보다 한층 바람직하다.

또한, 광학항수보다 정밀 프레스 성형성을 중시했을 경우, 굴복점 Ts는 670℃ 이하가 바람직하고, 660℃ 이하가 보다 바람직하고, 650℃ 이하가 더욱 바람직하고, 640℃ 이하가 한층 바람직하고, 630℃ 이하가 보다 한층 바람직하고, 620℃ 이하가 더 한층 바람직하고, 610℃ 이하가 특히 바람직하다.

그러나, 굴복점을 너무 저하시키면 유리의 열적 안정성이 저하되거나 원하는 광학 특성을 얻는 것이 어려워지기 때문에, 굴복점을 550℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 굴복점 Ts의 조정은 Tp의 조정과 마찬가지로 행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 1회의 정밀 프레스 성형에 있어서, 성형틀이 유리를 가압한 상태이면서 유리의 온도가 유리 전이 온도 이상의 상태가 계속되는 시간을 t, 정밀 프레스 성형을 문제없이 행할 수 있었던 프레스 횟수를 n으로 하면, 광학 유리 II를 포함하는 프리폼을 사용하면 횟수 n은 100 이상, 바람직하게는 200 이상, 보다 바람직하게는 300 이상, 더욱 바람직하게는 500 이상이 된다.

t×n에 대해서는 t를 80초로 하면, 종래의 유리를 사용하는 경우, 4000초정도 또는 4000초에 미치지 않는 데 반해, 광학 유리 II를 포함하는 프리폼을 사용하면 8000초 이상, 바람직하게는 16000초 이상, 보다 바람직하게는 24000초 이상, 40000초 이상이 된다.

이와 같이, 광학 유리 II를 이용한 프리폼의 경우, 동일한 성형틀을 반복 사용하여, 연속하여 양호한 정밀 프레스 성형을 할 수 있는 횟수 n이 많아, 총 시간 t×n이 길다. 이 때문에, 성형틀의 유지 보수가 경감되고, 성형틀 교환을 위해 정밀 프레스 성형 공정을 정지하는 빈도도 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 광학 소자의 생산성, 생산 비용을 대폭 감소시킬 수 있어, 광학 소자의 양산성을 비약적으로 개선할 수 있다.

[광학 유리 I, 광학 유리 II의 공통점]

광학 유리 I 및 광학 유리 II는 고굴절률 유리이면서, Tp가 낮을 뿐만 아니라 우수한 열적 안정성을 갖는다. 본 발명의 광학 유리의 바람직한 것은 액상 온도가 1200℃ 이하이고, 보다 바람직한 것으로는 1180℃ 이하, 더욱 바람직한 것으 로는 1160℃ 이하, 한층 바람직한 것으로는 1140℃ 이하, 보다 한층 바람직한 것으로는 1120℃ 이하, 더 한층 바람직한 것으로는 1100℃ 이하, 특히 바람직한 것으로는 1080℃ 이하, 가장 바람직한 것으로는 1060℃ 이하이다.

또한, 액상 온도의 하한에 대하여 특별히 한정은 없지만, 액상 온도를 과잉으로 저하시키더라도 프리폼의 성형성은 그다지 개선하지 않고, 유리 전이 온도, 굴복점을 저하시키는 것이 어려워지기 때문에, 액상 온도를 800℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고굴절률, 저 유리 전이 온도의 유리로서는 액상 온도가 낮기 때문에, 투명성 상실을 방지하면서 용융 유리를 성형할 때의 성형성을 양호하게 유지할 수 있다.

상기 액상 온도는 상술한 유리 성분 중에서 주로 Li₂O나 SiO₂의 도입량이나, La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)의 비율, La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃)의 비율을 조정함으로써, 상기 범위 내의 특성을 얻는 것이 더욱 용이해진다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 액상 온도에 영향을 줄 수 있지만, 이 경우에는 상기 범위 내로 적절히 조정하면 좋다.

또한, 용융 유리를 성형할 때의 성형성을 보다 양호하게 하는 면에서, 액상 온도에서의 점도가 1.5 dPa·s 이상인 것이 바람직하고, 1.7 dPa·s 이상인 것이 보다 바람직하고, 2.0 dPa·s 이상인 것이 더욱 바람직하고, 2.2 dPa·s 이상인 것이 한층 바람직하고, 2.5 dPa·s 이상인 것이 보다 한층 바람직하다. 한편, 상기 점도가 너무 높아도 유리의 성형성이 저하되기 때문에, 액상 온도에서의 점도가 50 dPa·s 이하인 것이 바람직하다.

상기 액상 온도에서의 유리 점도는 상술한 유리 성분 중에서 주로 B₂O₃, SiO₂, Li₂O, ZnO의 도입량을 조정함으로써 상기 범위 내가 되도록 조정할 수 있다. 단, 이들 성분 이외의 성분에 대해서도 액상 온도에서의 유리 점도에 영향을 주기 때문에 적절히 조정한다.

광학 유리 I 및 광학 유리 II는 붕산, 산화물, 필요에 따라 탄산염, 질산염, 황산염, 수산화물 등의 원료를 이용하여, 요구되는 특성이 얻어지도록 각 원료를 칭량, 조합하여 충분히 혼합하고, 백금 도가니 등의 용융 용기 내에 투입하여 가열, 용융, 청징, 균질화한 후, 성형하여 얻을 수 있다. 균질한 유리를 얻는 면에서 용융 온도는, 예를 들면 1100 내지 1400℃로 하는 것이 바람직하다.

또는, 붕산, 산화물, 필요에 따라 탄산염, 질산염, 황산염, 수산화물 등의 원료를 이용하여 조 용해(러프 멜트)하여 복수종의 컬렛(cullet)을 제조하고, 이들 컬렛을, 요구되는 특성이 얻어지도록 조합하고, 가열, 용융, 청징, 균질화한 후, 성형하여 얻을 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 광학 유리 I 및 광학 유리 II의 굴절률-아베수의 관계를 나타내는 도 1 및 2에 있어서, 중복되는 부분 및 중복되지 않는 부분이 있다. 유리 I에 대한 범위 내, 유리 II에 대한 범위에서 벗어난 부분은 상대적으로 열적으로 안정한 유리를 제조하기 쉬운 범위이고, 유리 II에 대한 범위 내, 유리 I에 대한 범위에서 벗어난 부분은 상대적으로 광학 설계상의 이용 가치가 높은 유리 의 범위이다. 양자는 열적 안정성을 중시할지 광학 설계상의 이용 가치를 높일지는 어느 정도 트레이드 오프의 관계로 되어 있다. 양 유리는 조성 및 특성에 대하여 공통되는 부분을 가지면서 이러한 차이도 있다.

이러한 관점에서, 중시하는 특성에 따라 광학 유리 I과 광학 유리 II가 중복되는 범위에 속하는 광학 유리가 바람직한 경우가 있다. 광학 유리 I에서 광학 유리 II의 바람직한 조성, 여러 특성을 구비하는 것, 광학 유리 II에서 광학 유리 I의 바람직한 조성, 여러 특성을 구비하는 것도 바람직한 광학 유리이다.

[정밀 프레스 성형용 프리폼]

본 발명의 정밀 프레스 성형용 프리폼은 2개의 양태를 포함한다. 제1 양태(프리폼 I이라 함)는 상기 광학 유리 I을 포함하는 것이고, 제2 양태(프리폼 II라 함)는 상기 광학 유리 II를 포함하는 것이다.

이하, 프리폼 I 및 프리폼 II를 통합하여 정밀 프레스 성형용 프리폼(이하, 단순히 프리폼을 말할 수 있음)이라 부른다. 프리폼은 가열하여 정밀 프레스 성형에 제공되는 유리 예비 성형체를 의미하지만, 여기서 정밀 프레스 성형이란, 주지와 같이 몰드 옵틱스 성형이라고도 불리며, 광학 소자의 광학 기능면을 프레스 성형틀의 성형면을 전사함으로써 형성하는 방법이다. 또한, 광학 기능면이란 광학 소자에서 제어 대상인 빛을 굴절, 반사, 회절시키거나, 입사시키는 면을 의미하며, 렌즈에서의 렌즈면 등이 이 광학 기능면에 상당한다.

정밀 프레스 성형시에 유리와 프레스 성형틀 성형면과의 반응, 융착을 방지하면서 성형면에 따라 유리의 신장이 양호해지도록 하기 위해, 프리폼의 표면에 이 형막을 피복하는 것이 바람직하다. 이형막의 종류로서는 귀금속(백금, 백금 합금), 산화물(Si, Al, Zr, La, Y의 산화물 등), 질화물(B, Si, Al의 산화물 등), 탄소 함유막을 들 수 있다. 탄소 함유막으로서는 탄소를 주성분으로 하는 것(막 내의 원소 함유량을 원자％로 나타냈을 때, 탄소의 함유량이 다른 원소의 함유량보다 많은 것)이 바람직하다. 구체적으로는, 탄소막이나 탄화수소막 등을 예시할 수 있다. 탄소 함유막의 성막법으로서는 탄소 원료를 사용한 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 공지된 방법이나, 탄화수소 등의 재료 가스를 사용한 열 분해 등의 공지된 방법을 이용하면 좋다. 그 밖의 막에 대해서는 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 졸겔법 등을 이용하여 성막하는 것이 가능하다.

본 발명의 프리폼의 제조 방법은 한정되지 않지만, 상기 유리의 우수한 특질을 살려서 다음 방법에 의해 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법(프리폼 제조 방법 I이라 함)은 유리 원료를 용융시키고, 얻어진 용융 유리를 유출시켜 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 냉각 과정에서 성형하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법에 있어서, 상기 광학 유리를 포함하는 프리폼을 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제2의 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법(프리폼 제조 방법 II라 함)은 유리 원료를 용융하고, 얻어진 용융 유리를 성형하여 유리 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 가공하여 상기 본 발명의 광학 유리를 포함하는 프리폼을 제조하는 것이다.

프리폼 제조 방법 I, II 모두 유리 원료로부터 균질한 용융 유리를 제조하는 공정은 공통된다. 예를 들면, 요구되는 특성이 얻어지도록 조합한 유리 원료를 백금제 용융 용기 내에 넣고, 가열, 용융, 청징, 균질화하여 균질한 용융 유리를 준비하고, 온도 조정된 백금 또는 백금 합금제 유출 노즐 또는 유출 파이프로부터 유출시킨다. 또한, 유리 원료를 조 용해하여 컬렛을 제조하고, 얻어진 컬렛을 조합하여 가열, 용융, 청징, 균질화하여 균질한 용융 유리를 얻고, 상기 유출 노즐 또는 유출 파이프로부터 유출시킬 수도 있다.

소형의 프리폼이나 구상의 프리폼을 성형하는 경우에는, 용융 유리를 유출 노즐로부터 원하는 질량의 용융 유리 방울로서 적하하고, 이것을 프리폼 성형틀에 의해 받아 프리폼으로 성형한다. 또는, 마찬가지로 원하는 질량의 용융 유리 방울을 유출 노즐로부터 액체 질소 등에 적하하여 프리폼을 성형한다. 중대형의 프리폼을 제조하는 경우에는 유출 파이프로부터 용융 유리류를 유하시키고, 용융 유리류의 선단부를 프리폼 성형틀로 받아, 용융 유리류의 노즐과 프리폼 성형틀 사이에 잘록부를 형성한 후, 프리폼 성형틀을 바로 아래로 급강하시켜, 용융 유리의 표면 장력에 의해 잘록부에서 용융 유리류를 분리하고, 수납 부재에 원하는 질량의 용융 유리 덩어리를 받아 프리폼으로 성형한다.

흠집, 오염, 주름, 표면의 변질 등이 없는 매끄러운 표면, 예를 들면 자유 표면을 갖는 프리폼을 제조하기 위해서는, 프리폼 성형틀 등의 위에서 용융 유리 덩어리에 풍압을 가하여 부상시키면서 프리폼으로 성형하거나, 액체 질소 등의 상온, 상압하에서는 기체의 물질을 냉각하여 액체로 한 매체 중에 용융 유리 방울을 넣어 프리폼으로 성형하는 방법 등이 이용된다.

용융 유리 덩어리를 부상시키면서 프리폼으로 성형하는 경우, 용융 유리 덩어리에는 가스(부상 가스라 함)가 분무되어 상향의 풍압이 가해지게 된다. 이 때, 용융 유리 덩어리의 점도가 너무 낮으면 부상 가스가 유리 안으로 들어가, 프리폼 중에 거품이 되어 남게 된다. 그러나, 용융 유리 덩어리의 점도를 3 내지 60 dPa·s로 함으로써, 부상 가스가 유리 중에 들어가지 않고 유리 덩어리를 부상시킬 수 있다.

프리폼에 부상 가스가 분무될 때에 이용되는 가스로서는 공기, N₂ 가스, O₂ 가스, Ar 가스, He 가스, 수증기 등을 들 수 있다. 또한, 풍압은 프리폼이 성형틀 표면 등의 고체와 접하지 않고 부상할 수 있으면 특별히 제한은 없다.

프리폼으로부터 제조되는 정밀 프레스 성형품(예를 들면, 광학 소자)은 렌즈와 같이 회전 대칭축을 갖는 것이 많기 때문에, 프리폼의 형상도 회전 대칭축을 갖는 형상이 바람직하다. 구체예로서는, 구 또는 회전 대칭축을 하나 구비하는 것을 나타낼 수 있다. 회전 대칭축을 하나 구비하는 형상으로서는 상기 회전 대칭축을 포함하는 단면에서 모서리나 오목부가 없는 매끄러운 윤곽선을 갖는 것, 예를 들면 상기 단면에서 단축이 회전 대칭축에 일치하는 타원을 윤곽선으로 하는 것 등이 있고, 구를 편평하게 한 형상(구의 중심을 통과하는 축을 하나 정하여 상기 축 방향으로 치수를 단축한 형상)을 들 수도 있다.

프리폼 제조 방법 I에서는 유리를 소성 변형 가능한 온도 영역에서 성형하기 때문에, 유리 덩어리를 프레스 성형함으로써 프리폼을 제조할 수도 있다. 그 경우, 프리폼의 형상을 비교적 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 목적으로 하는 광학 소자의 형상에 근사시켜, 예를 들면 대향하는 면의 한쪽을 볼록, 다른 쪽을 오목 형상으로 하거나, 양쪽을 오목면으로 하거나, 한쪽 면을 평면, 다른 쪽 면을 볼록면으로 하거나, 한쪽 면을 평면, 다른 쪽 면을 오목면으로 하거나, 양면 모두 볼록면으로 성형할 수도 있다.

이와 같이 하여 제조한 프리폼의 표면에는 탄소 함유막을 피복하여 사용하는 것이 바람직하다.

프리폼 제조 방법 2에서는, 예를 들면 용융 유리를 주형에 주입하여 성형한 후, 성형체의 왜곡을 어닐링에 의해 제거하고, 절단 또는 할단하여 소정의 치수, 형상으로 분할하여 복수개의 유리편을 제조하고, 유리편을 연마하여 표면을 매끄럽게 함과 동시에, 소정 질량의 유리를 포함하는 프리폼으로 한다. 이와 같이 하여 제조한 프리폼의 표면에도 탄소 함유막을 피복하여 사용하는 것이 바람직하다. 프리폼 제조 방법 2는 연삭, 연마를 용이하게 할 수 있는 구상의 프리폼, 평판상의 프리폼 등의 제조에 적합하다.

어느 제조 방법에서든, 사용하는 광학 유리의 열적 안정성이 우수하기 때문에, 유리의 투명성 상실, 맥리 등에 의한 불량품이 잘 발생하지 않고, 고품질의 프리폼을 안정적으로 제조할 수 있어, 광학 소자의 제조공정 전체의 양산성을 높일 수 있다.

다음으로, 정밀 프레스 성형에 의한 광학 소자의 양산성을 더욱 높이는 면에 서, 보다 바람직한 프리폼에 대하여 설명한다.

광학 유리 I, 광학 유리 II는 모두 유리 소재 면에서 우수한 정밀 프레스 성형성을 제공하지만, 정밀 프레스 성형에서의 유리의 변형량을 감소시킴으로써, 정밀 프레스 성형시의 유리와 성형틀의 온도의 저하, 프레스 성형에 요하는 시간의 단축화, 프레스 압력의 저하 등이 가능해진다. 그 결과, 유리와 성형틀 성형면과의 반응성이 저하되어, 정밀 프레스 성형시에 발생하는 상기 문제점이 감소되어 양산성이 보다 높아진다.

렌즈를 정밀 프레스 성형하는 경우에 사용하는 바람직한 프리폼은 서로 반대 방향을 향하는 피프레스면(정밀 프레스 성형시에 대향하는 성형틀 성형면에서 프레스되는 면)을 갖는 프리폼으로서, 2개의 피프레스면의 중심을 관통하는 회전 대칭축을 갖는 프리폼이 보다 더 바람직하다. 이러한 프리폼 중, 메니스커스 렌즈의 정밀 프레스 성형에 적합한 것은 피프레스면의 한쪽이 볼록면, 다른 쪽이 오목면, 평면, 상기 볼록면보다 곡률이 작으면 볼록면 중 어느 하나인 프리폼이다.

또한, 양오목 렌즈의 정밀 프레스 성형에 적합한 프리폼은 피프레스면의 한쪽이 볼록면, 오목면, 평면 중 어느 하나, 다른 쪽이 볼록면, 오목면, 평면 중 어느 하나인 프리폼이다.

양볼록 렌즈의 정밀 프레스 성형에 적합한 프리폼은 피프레스면의 한쪽이 볼록면, 다른 쪽이 볼록면 또는 평면인 프리폼이다.

어느 경우든 정밀 프레스 성형품의 형상에 보다 근사하는 형상의 프리폼이 바람직하다.

용융 유리 덩어리를 프리폼 성형틀을 이용하여 프리폼으로 성형하는 경우, 상기 성형틀 상의 유리의 하면은 성형틀 성형면의 형상에 의해 대체로 정해진다. 한편, 상기 유리의 상면은 용융 유리의 표면장력과 유리의 자체 중량에 의해 정해지는 형상이 된다. 정밀 프레스 성형시에서의 유리의 변형량을 감소시키기 위해서는 프리폼 성형틀에 있어서 성형 중의 유리의 상면의 형상도 제어할 필요가 있다. 용융 유리의 표면장력과 유리의 자체 중량에 의해 정해지는 유리 상면의 형상은 볼록면 형상의 자유 표면이 되지만, 상면을 평면, 오목면 또는 상기 자유 표면보다 곡률이 작은 볼록면으로 하기 위해서는 상기 유리 상면에 압력을 가한다. 구체적으로는, 유리 상면을 원하는 형상의 성형면을 갖는 성형틀로 프레스하거나, 유리 상면에 풍압을 가하여 원하는 형상으로 성형한다. 또한, 성형틀로 유리 상면을 프레스할 때, 성형틀의 성형면에 복수의 가스 분출구를 설치하고, 이들 가스 분출구로부터 가스를 분출하여 성형면과 유리 상면 사이에 가스 쿠션을 형성하고, 가스 쿠션을 통해 유리 상면을 프레스할 수도 있다. 또는, 상기 자유 표면보다 곡률이 큰 면에 유리 상면을 성형하고 싶은 경우에는 유리 상면을 근방에 부압을 발생시켜 상면을 돋구어 성형할 수도 있다.

또한, 정밀 프레스 성형품의 형상에 보다 근사하는 형상의 프리폼을 얻기 위해, 표면을 연마한 프리폼도 바람직하다. 예를 들면, 피프레스면의 한쪽이 평면 또는 구면의 일부가 되도록 연마되고, 다른 쪽이 구면의 일부 또는 평면이 되도록 연마된 프리폼이 바람직하다. 구면의 일부는 볼록면일 수도 있고 오목면일 수도 있지만, 볼록면으로 할지 오목면으로 할지는 상기와 같이 정밀 프레스 성형품의 형 상에 따라 결정하는 것이 바람직하다.

상기 각 프리폼은 직경이 10 mm 이상인 렌즈의 성형에 바람직하고, 직경이 20 mm 이상인 렌즈의 성형에 보다 바람직하다. 또한, 중심 두께가 2 mm를 초과하는 렌즈의 성형에도 바람직하다.

[광학 소자]

다음으로 본 발명의 광학 소자에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1의 광학 소자는 상기 광학 유리 I 또는 광학 유리 II를 포함하는 광학 소자이다.

본 발명의 제2의 광학 소자는 상기 프리폼 I 또는 프리폼 II를 가열, 정밀 프레스 성형하여 이루어지는 광학 소자이다.

광학 소자의 종류는 한정되지 않지만, 전형적인 것으로서는 비구면 렌즈, 구면 렌즈, 또는 평오목 렌즈, 평볼록 렌즈, 양오목 렌즈, 양볼록 렌즈, 볼록 메니스커스 렌즈, 오목 메니스커스 렌즈 등의 렌즈, 마이크로 렌즈, 렌즈 어레이, 회절 격자 부착 렌즈, 프리즘, 렌즈 기능 부착 프리즘 등을 예시할 수 있다. 표면에는 필요에 따라 반사 방지막이나 파장 선택성이 있는 부분 반사막 등을 설치할 수 있다.

본 발명의 광학 소자는 굴절률이 높고, 저분산 특성을 갖는 유리를 포함하기 때문에, 다른 유리를 포함하는 광학 소자와 조합함으로써, 양호한 색보정을 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 소자는 굴절률이 높은 유리를 포함하기 때문에, 촬상 광학계, 투사 광학계 등에 사용함으로써 광학계를 컴팩트화할 수 있다.

다음으로 본 발명의 광학 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법은 상기 본 발명의 프리폼(프리폼 I 또는 프리폼 II), 또는 상기 본 발명의 방법(프리폼 제조 방법 I 또는 프리폼 제조 방법 II)에 의해 제조한 프리폼을, 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법이다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법의 바람직한 양태는 상기 본 발명의 프리폼(프리폼 I 또는 프리폼 II), 또는 상기 본 발명의 방법(프리폼 제조 방법 I 또는 프리폼 제조 방법 II)에 의해 제조한 프리폼을, 동일한 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 공정을 반복하여 광학 소자를 양산하는 광학 소자의 제조 방법이다.

본 발명에서 사용하는 프리폼은 상술한 바와 같이, 고굴절률 저분산 유리이면서, 정밀 프레스 성형시, 프레스 성형틀의 성형면과 잘 반응하지 않는 유리를 포함하기 때문에, 동일한 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 공정을 반복하더라도 유리와 성형틀의 융착, 유리 표면에서의 발포 등의 문제점이 잘 생기지 않는다. 따라서, 높은 생산성 하에서 광학 소자를 제조, 양산할 수 있다. 또한, 고가인 성형틀의 수명을 연장시킬 수 있어 매우 경제적이다.

프레스 성형틀 및 프리폼의 가열 및 정밀 프레스 성형 공정은 프레스 성형틀의 성형면 또는 상기 성형면에 설치된 이형막의 산화를 방지하기 위해, 질소 가스, 또는 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스 등과 같은 비산화성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 비산화성 가스 분위기 중에서는 프리폼 표면을 피복하는 탄소 함유막도 산화되지 않고, 정밀 프레스 성형된 성형품의 표면에 상기 막이 잔존하게 된다. 이 막은 최종적으로는 제거해야 할 것이지만, 탄소 함유막을 비교적 용이하게 게다가 완전하게 제거하기 위해서는 정밀 프레스 성형품을 산화성 분위기, 예를 들면 대기 중에서 가열하면 좋다. 탄소 함유막의 산화, 제거는 정밀 프레스 성형품이 가열에 의해 변형되지 않는 온도에서 행해야 한다. 구체적으로는, 유리의 전이 온도 미만의 온도 범위에서 행하는 것이 바람직하다.

정밀 프레스 성형에서는 미리 성형면을 원하는 형상으로 고정밀도로 가공한 프레스 성형틀을 이용하지만, 성형면에는 프레스시의 유리의 융착을 방지하기 위해 이형막을 형성할 수도 있다. 이형막으로서는 탄소 함유막이나 질화물막, 귀금속막을 들 수 있고, 탄소 함유막으로서는 수소화카본막, 탄소막 등이 바람직하다.

본 발명의 광학 소자의 제조 방법에는 이하에 나타내는 2개의 양태가 있다.

제1 양태(광학 소자 제조 방법 I이라 함)는 프리폼 I 또는 프리폼 II를 프레스 성형틀에 도입하여, 상기 프리폼과 프레스 성형틀을 함께 가열하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법이고, 제2 양태(광학 소자 제조 방법 II라 함)는 가열한 프리폼 I 또는 프리폼 II를 예열한 프레스 성형틀에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법이다.

광학 소자 제조 방법 I에서는 성형면이 정밀하게 형상 가공된 대향한 한 쌍의 상형과 하형 사이에 프리폼을 공급한 후, 유리의 점도가 10⁵ 내지 10⁹ dPa·s에 상당하는 온도까지 성형틀과 프리폼의 양자를 가열하여 프리폼을 연화시키고, 이것 을 가압 성형함으로써, 성형틀의 성형면을 유리에 정밀하게 전사한다. 광학 소자 제조 방법 I은 면 정밀도, 편심 정밀도 등 성형 정밀도의 향상을 중시했을 경우에 장려되는 방법이다.

광학 소자 제조 방법 II에서는 성형면이 정밀하게 형상 가공된 대향한 한 쌍의 상형과 하형 사이에, 미리 유리의 점도로 10⁴ 내지 10⁸ dPa·s에 상당하는 온도로 승온시킨 프리폼을 공급하고, 이것을 가압 성형함으로써, 성형틀의 성형면을 유리에 정밀하게 전사할 수 있다. 광학 소자 제조 방법 II는 생산성 향상을 중시했을 경우에 장려되는 방법이다.

가압시의 압력 및 시간은 유리의 점도 등을 고려하여 적절히 결정할 수 있고, 예를 들면, 프레스 압력은 약 5 내지 15 MPa, 프레스 시간은 10 내지 300초로 할 수 있다. 프레스 시간, 프레스 압력 등의 프레스 조건은 성형품의 형상, 치수에 맞춰 주지된 범위에서 적절히 설정하면 좋다.

그 후, 성형틀과 정밀 프레스 성형품을 냉각하고, 바람직하게는 왜곡점 이하의 온도가 된 시점에 이형하여 정밀 프레스 성형품을 취출한다. 또한, 광학 특성을 정밀하게 원하는 값에 맞추기 위해, 냉각시에서의 성형품의 어닐링 처리 조건, 예를 들면 어닐링 속도 등을 적절히 조정할 수도 있다.

또한, 본 발명의 광학 소자는 프레스 성형 공정을 거치지 않아도 제조할 수는 있다. 예를 들면, 균질한 용융 유리를 주형에 주입하여 유리 블록을 성형하고, 어닐링하여 왜곡을 제거함과 동시에, 유리의 굴절률이 원하는 값이 되도록 어닐링 조건을 조정하여 광학 특성의 조정을 행한 후, 다음으로 유리 블록을 절단 또는 할단하여 유리편을 만들고, 추가로 연삭, 연마하여 광학 소자로 마무리함으로써 얻을 수 있다.

본 발명의 촬상 장치는 상기 본 발명의 광학 소자를 구비하는 것이다. 본 발명의 광학 소자는 고굴절률 저분산 특성을 구비하는 상기 광학 유리를 포함하기 때문에, 예를 들면, 고분산 특성을 구비하는 렌즈와 본 발명의 광학 소자인 렌즈를 조합함으로써, 양호한 색수차 보정을 가능하게 하는 컴팩트한 촬상 광학계를 구비한 촬상 장치를 제공할 수 있다. 촬상 장치를 구성하는 촬상 소자로서는 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서를 이용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

표 1에 나타내는 유리 조성이 되도록, 각 성분을 도입하기 위한 원료로서 각각 상당하는 붕산, 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 수산화물 등을 이용하고, 원료를 칭량하여 충분히 혼합하여 조합 원료로 하고, 이것을 백금 도가니에 넣고, 유리 조성의 차이에 따라 1200℃ 내지 1350℃ 범위의 온도에서 가열, 용융하였다. 또한, 상기 온도 범위에서 원료의 용해성을 한층 개선하기 위해서는 유리의 용해 온도를 1250℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 유리의 착색을 억제하기 위해서는 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하였다. 용융 후, 용융 유리를 주형에 흘려 넣고, 유리 전이 온도 부근까지 방냉하고 나서 바로 어닐링로에 넣고, 유리의 전이 온도 범위에서 약 1시간 어닐링 처리한 후, 노 내에서 실온까지 방냉함으로써, 표 1에 나타내는 각 광학 유리를 얻었다. 얻어진 광학 유리 중에는 현미경으로 관찰할 수 있는 결정은 석출되지 않았다. 이와 같이 하여 얻어진 광학 유리의 여러 특성을 표 1에 나타내었다. 표 1의 No.1 내지 No.35는 광학 유리 I에 상당하고, 표 1의 No.5 내지 No.8, No.10, No.11, No.18 내지 No.20, No.22, No.23, No.26 내지 No.28은 광학 유리 II에 상당한다.

(주 1) Ti+Nb+W+Bi는 양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계량

(주 2) Tp는 유리가 10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도

또한, 광학 유리의 여러 특성은 이하에 나타내는 방법에 의해 측정하였다.

(1) 굴절률 nd 및 아베수 υd

강온 속도-30℃/시간으로 강온시켜 얻어진 유리에 대하여 일본광학유리공업회 규격의 굴절률 측정법에 의해 굴절률 nd, nF, nc를 측정하고, 이들 결과로부터 아베수 υd를 산출하였다.

(2) 액상 온도 LT 및 액상 온도에서의 점도

유리를 소정 온도로 가열된 노 내에 넣어 2시간 유지하고, 냉각 후, 유리 내부를 100배의 광학 현미경으로 관찰하고, 결정의 유무로부터 액상 온도를 결정하였다.

"JIS Z 8803-1991 「액체의 점도-측정 방법」 8. 단일 원통형 회전 점도계에 의한 점도 측정"에 기초하여 회전 원통법에 의해 유리의 액상 온도에서의 점도를 측정하였다.

(3) 유리 전이 온도 Tg 및 굴복점 Ts

브루커 AXS사 제조의 열기계 분석(TMA)에 의해 승온 속도 4℃/분으로 하여 측정하였다.

(4) Tp

평행판 점도계를 이용하여 10⁵ 내지 10⁹ dPa·s의 점도 범위에서 측정을 행하고, 10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도를 Tp로 하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조한 각 광학 유리가 얻어지도록 조합한 유리 원료를 용융, 청징, 균질화하여 용융 유리를 만들고, 백금제 노즐로부터 용융 유리 방울을 적하하여 프리폼 성형틀로 받고, 풍압을 가하여 부상시키면서 상기 각종 유리를 포함하는 구형의 프리폼으로 성형하였다.

또한, 상기 용융 유리를 백금제 파이프로부터 연속적으로 유출하고, 그의 하단부를 프리폼 성형틀로 받고, 용융 유리류에 잘록부를 만든 후, 프리폼 성형틀을 바로 아래로 급강하시켜 용융 유리류를 잘록부에서 절단하고, 프리폼 성형틀 상에 분리된 용융 유리 덩어리를 받고, 풍압을 가하여 부상시키면서 상기 각종 유리를 포함하는 프리폼으로 성형하였다.

또한, 상기 용융 유리를 백금제 파이프로부터 연속적으로 유출하고, 그의 하단부를 프리폼 성형틀로 받고, 용융 유리류에 잘록부를 만든 후, 프리폼 성형틀을 바로 아래로 급강하시켜 용융 유리류를 잘록부에서 절단하고, 프리폼 성형틀 상에 분리한 용융 유리 덩어리를 받아, 프리폼 성형틀 상에서 프레스 성형한 후, 풍압을 가하여 부상시키면서 상기 각종 유리를 포함하는 프리폼으로 성형하였다.

상기 어느 방법으로 얻어진 프리폼이든 투명성 상실, 맥리 등의 결함은 보이지 않았고, 광학적으로 균질한 것이었다.

[실시예 3]

실시예 2에서 준비한 용융 유리를 연속적으로 유출시켜 주형에 주입하고, 유리 블록으로 성형한 후, 어닐링하고, 절단하여 복수개의 유리편을 얻었다. 이들 유리편을 연삭, 연마하여 상기 각종 유리를 포함하는 프리폼을 제조하였다.

이 방법으로 얻어진 프리폼에도 투명성 상실, 맥리 등의 결함은 보이지 않았고, 광학적으로 균질한 것이었다.

[실시예 4]

실시예 2, 3에서 제조한 프리폼의 표면에 탄소 함유막을 코팅하고, 성형면에 탄소계 이형막을 설치한 SiC제의 상하틀 및 동체틀을 포함하는 프레스 성형틀 내에 도입하고, 질소 분위기 중에서 성형틀과 프리폼을 함께 가열하여 프리폼을 연화시키고, 정밀 프레스 성형하여 상기 각종 유리를 포함하는 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 양볼록 렌즈, 비구면 양오목 렌즈의 각종 렌즈를 제조하였다(광학 소자 제조 방법 1에 상당함).

마찬가지로 하여, 탄소 함유막이 코팅된 프리폼을 가열하고, 프리폼과는 별도로 예열되고, 성형면에 탄소계 이형막이 설치된 SiC제의 상하틀 및 동체틀을 포함하는 프레스 성형틀 내에 상기 프리폼을 도입하여 정밀 프레스 성형하여, 상기 각종 유리를 포함하는 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 양볼록 렌즈, 비구면 양오목 렌즈의 각종 렌즈를 제조하였다(광학 소자 제조 방법 2에 상당함).

상기 각 예에 있어서, 성형 조건은 상술한 광학 소자 제조 방법 1, 2의 성형 조건을 각각 적용하였다.

어느 광학 소자든 성형틀로부터 취출한 후, 유리 표면에 잔존하는 탄소 함유막을 산화하여 제거하였다.

1회째 테스트로서, 표 1에 기재된 No.1 내지 No.11의 각 광학 유리를 이용했을 경우의, 동일한 성형틀을 이용하여 양호한 정밀 프레스 성형을 할 수 있었던 프레스 성형 횟수 n, 및 1회의 정밀 프레스 성형에 있어서, 성형틀이 유리를 가압한 상태, 즉, 성형면이 유리에 밀착된 상태로서, 유리의 온도가 유리 전이 온도 이상인 시간 t에 상기 프레스 성형 횟수를 곱한 프레스 성형의 총 시간에 상당하는 시간 t×n을 표 2에 나타내었다.

다음으로, 2회째 테스트로서, 표 1에 기재된 No.5 내지 No.35의 각 광학 유리를 이용했을 경우의, 동일한 성형틀을 이용하여 양호한 정밀 프레스 성형을 할 수 있었던 프레스 성형 횟수 n, 및 1회의 정밀 프레스 성형에 있어서, 성형틀이 유리를 가압한 상태, 즉, 성형면이 유리에 밀착된 상태로서, 유리의 온도가 유리 전이 온도 이상인 시간 t에 상기 프레스 성형 횟수를 곱한 프레스 성형의 총 시간에 상당하는 시간 t×n을 표 1에 나타내었다.

또한, 1회째, 2회째 테스트와는 별도로, 표 1에 기재된 No.1 내지 No.35의 각 광학 유리를 이용하여 정밀 프레스 성형했을 때의 t×n의 값을 구하는 실험을 10회 반복 수행하여 t×n의 산술평균치(10회)를 구하였다. 얻어진 t×n의 각 산술평균치(10회)를 표 1에 나타내었다. 이들 산술평균치는 상기 2회째의 테스트 결과와 일치하였다.

어느 광학 유리를 이용하든 우수한 양산성을 나타내었다.

또한, 광학 유리 I의 범위 및 광학 유리 II의 범위의 양쪽 범위에서 벗어난 유리를 정밀 프레스 성형하자, n×t는 4000초에 도달하지 않았고, 정밀 프레스 성형할 수 있었다 하더라도 양산성이 부족한 결과가 발생하였다.

[실시예 5]

실시예 2에서 준비한 용융 유리를 유출시켜 주형에 주입하여 유리 블록을 제조하고, 이들 블록을 절단, 연삭, 연마하여 각종 구면 렌즈, 프리즘을 제조하였다.

[실시예 6]

실시예 4에서 제조한 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 양볼록 렌즈, 비구면 양오목 렌즈, 실시예 5에서 제조한 구면 렌즈의 각각의 렌즈를 이용하여, 각 렌즈를 내장하는 일안레플렉스 카메라용의 교환 렌즈 각 종류를 제조하였다.

실시예 4에서 제조한 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 오목 메니스커스 렌즈, 비구면 양볼록 렌즈, 비구면 양오목 렌즈, 실시예 5에서 제조한 구면 렌즈의 각각의 렌즈를 이용하여, 컴팩트 디지탈 카메라의 광학계 각 종류를 제조하여 모듈화하였다. 또한, 이들 광학계에 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서를 부착하여 모듈화하였다.

이와 같이 실시예 3, 4에서 얻어진 각종 렌즈를 이용함으로써, 고기능, 컴팩트한 광학계, 교환 렌즈, 렌즈 모듈, 촬상 장치를 얻을 수 있다.

[실시예 7]

다음으로, 표 1에 기재된 No.1 내지 No.35의 각 광학 유리를 이용하여, 서로 반대 방향을 향하는 2개의 피프레스면을 갖는 프리폼으로서, 상기 2개의 피프레스면의 중심을 관통하는 회전 대칭축을 갖는 프리폼을 제조하였다.

청징, 균질화한 용융 유리를 유출시켜 소요량의 용융 유리 덩어리를 분리하고, 프리폼 성형틀의 오목부 상에서 유리 덩어리의 상면을 프레스하거나 또는 성형한 유리를 연삭, 연마하여 이하의 각종 프리폼을 성형하였다.

피프레스면의 한쪽이 볼록면이고, 다른 쪽이 오목면인 프리폼.

피프레스면의 한쪽이 볼록면이고, 다른 쪽이 평면인 프리폼.

피프레스면의 한쪽이 볼록면이고, 다른 쪽이 상기 한쪽 볼록면보다 곡률이 작은 프리폼.

이들 프리폼을 이용하여 정밀 프레스 성형에 의해 비구면 볼록 메니스커스 렌즈, 비구면 오목 메니스커스 렌즈를 제조한 바, 우수한 양산성을 얻을 수 있었다. 또한, 비구면 양오목 렌즈에 대해서도 우수한 양산성을 얻을 수 있었다. 직경이 20 mm 이상인 대구경 렌즈나, 광축 방향의 최대 두께가 3 mm를 초과하는 렌즈(바람직하게는 상기 최대 두께가 3 mm를 초과하는 렌즈, 보다 바람직하게는 상기 최대 두께가 5 mm를 초과하는 렌즈), 또는 광축 방향의 최대 두께와 최소 두께의 비인 두께비가 1.5를 초과하는 렌즈(바람직하게는 상기 두께비가 2.0을 초과하는 렌즈)도 높은 생산성 하에 제조할 수 있다.

2개의 피프레스면이 모두 평면인 프리폼.

2개의 피프레스면이 모두 오목면인 프리폼.

피프레스면의 한쪽이 평면, 다른 쪽이 오목면인 프리폼.

이들 프리폼을 이용하여 정밀 프레스 성형에 의해 비구면 양오목 렌즈에 대하여 우수한 양산성을 얻을 수 있다.

2개의 피프레스면이 모두 볼록면인 프리폼.

피프레스면의 한쪽이 볼록면, 다른 쪽이 오목면인 프리폼.

이들 프리폼을 이용하여 정밀 프레스 성형에 의해 비구면 양볼록 렌즈에 대하여 우수한 양산성을 얻을 수 있다. 직경이 20 mm 이상인 대구경 렌즈나 중심 두께가 2 mm를 초과하는 렌즈도 높은 생산성 하에 제조할 수 있다.

어느 경우든 목적으로 하는 렌즈의 형상에 보다 근사하는 형상의 프리폼을 제조함으로써 양산성을 높일 수 있다.

상기 각각의 렌즈를 이용하여, 각 렌즈를 내장하는 일안 레플렉스 카메라용의 교환 렌즈 각 종류를 제조하였다.

또한, 상기 각 렌즈를 이용하여, 컴팩트 디지탈 카메라의 광학계 각 종류를 제조하여 모듈화하였다. 또한, 이들 광학계에 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서를 부착하여 모듈화하였다.

이와 같이 하여 고기능, 컴팩트한 광학계, 교환 렌즈, 렌즈 모듈, 촬상 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 광학 유리 I의 굴절률 nd, 아베수 υd의 분포를 나타낸다.

도 2는 광학 유리 II의 굴절률 nd, 아베수 υd의 분포를 나타낸다.

Claims

몰％ 표시로,

B₂O₃을 5 내지 45％,

Li₂O를 0 내지 3％,

ZnO를 10 내지 40％,

La₂O₃을 5 내지 30％,

Gd₂O₃을 0 내지 20％, 및

TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃ 중 1종 이상을 포함하고,

양이온％ 표시에 의한 Ti, Nb, W 및 Bi의 합계 함유량 X가 3 내지 25％이고, 아베(abbe)수 υd 및 굴절률 nd가 도 1의 점 A(40, 1.85), B(39, 1.91), C(33, 1.93), D(34, 1.87), A(40, 1.85)를 순서대로 직선으로 연결했을 때에 둘러싸이는 범위(단, 직선 AB, BC, CD, DA를 포함하나, 점 A는 포함하지 않음)에 포함되고, 유리 전이 온도 Tg가 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 광학 유리.

<수학식 1>
제1항에 있어서, ZrO₂를 0 내지 10몰％, 및

Ta₂O₅를 0 내지 15몰％ 더 포함하는 광학 유리.
제1항 또는 제2항에 있어서,

몰％ 표시로,

Na₂O와 K₂O를 합계로 0％ 이상 0.5％ 미만,

MgO, CaO, SrO 및 BaO를 합계로 0 내지 10％,

Y₂O₃을 0 내지 10％,

Yb₂O₃을 0 내지 10％, 및

Al₂O₃을 0 내지 10％

더 포함하는 광학 유리.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, SiO₂를 임의 성분으로서 포함하며, SiO₂ 함유량이 B₂O₃ 함유량의 0 내지 0.55배인 광학 유리.
몰％ 표시로,

B₂O₃을 5 내지 45％,

SiO₂를 0 내지 6％(단, 6％를 포함하지 않음),

Li₂O, Na₂O 및 K₂O를 합계로 0 내지 3％,

ZnO를 10 내지 40％,

La₂O₃을 5 내지 30％,

Gd₂O₃을 0 내지 20％,

ZrO₂, Ta₂O₅, TiO₂, Nb₂O₅, WO₃ 및 Bi₂O₃을 합계로 12.5 내지 20％ 포함함과 동시에,

Zr⁴ ⁺, Ta⁵ ⁺, Ti⁴ ⁺, Nb⁵ ⁺, W⁶ ⁺ 및 Bi³ ⁺의 합계 함유량에 대한 Ti⁴ ⁺의 함유량의 양이온비가 0.30 이하이고,

10^7.2 dPa·s의 점도를 나타내는 온도 Tp가 706℃ 이하이고, 굴절률 nd 및 아베수 υd가 하기 수학식 I 내지 수학식 IV 모두를 만족시키는 것을 특징으로 하는 광학 유리.

<수학식 I>

<수학식 II>

<수학식 III>

<수학식 IV>
제5항에 있어서, Gd₂O₃을 1 내지 20몰％ 더 포함하는 광학 유리.
제5항 또는 제6항에 있어서,

몰％ 표시로,

ZrO₂를 10％ 이하,

Ta₂O₅를 15％ 이하,

TiO₂를 10％ 이하,

Nb₂O₅를 8％ 이하,

WO₃을 20％ 이하, 및

Bi₂O₃을 10％ 이하로 더 포함하는 광학 유리.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

몰％ 표시로,

MgO, CaO, SrO 및 BaO를 합계로 0 내지 10％,

Y₂O₃을 0 내지 10％,

Yb₂O₃을 0 내지 10％, 및

Al₂O₃을 0 내지 10％

더 포함하는 광학 유리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

임의 성분으로서 Y₂O₃을 0 내지 10몰％ 포함함과 동시에, La₂O₃, Gd₂O₃ 및 Y₂O₃의 합계 함유량(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)에 대한 La₂O₃의 함유량의 비율(La₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃))이 0.66을 초과하는 광학 유리.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

몰％ 표시로,

TiO₂를 10％ 이하, Nb₂O₅를 8％ 이하, WO₃을 20％ 이하, 및 Bi₂O₃을 10％ 이하로 더 포함하는 광학 유리.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, Ta₂O₅를 1 내지 15몰％ 더 포함하는 광학 유리.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 액상 온도가 1200℃ 이하인 광학 유리.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리를 포함하는 정밀 프레스 성형용 프리폼(preform).
유리 원료를 용융하고, 얻어진 용융 유리를 유출시켜 용융 유리 덩어리를 분리하고, 상기 용융 유리 덩어리를 냉각 과정에서 성형하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법으로서,

제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리를 포함하는 프리폼을 성형하는 것을 특징으로 하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.
유리 원료를 용융하고, 얻어진 용융 유리를 성형하여 유리 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 가공하여 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리를 포함하는 프리폼을 제조하는 정밀 프레스 성형용 프리폼의 제조 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 유리를 포함하는 광학 소자.
제16항에 기재된 정밀 프레스 성형용 프리폼을 정밀 프레스 성형하여 이루어 지는 광학 소자.
제13항에 기재된 프리폼, 또는 제14항 또는 제15항에 기재된 방법에 의해 제조한 프리폼을 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
제16항에 기재된 프리폼, 또는 제14항 또는 제15항에 기재된 방법에 의해 제조한 프리폼을, 동일한 프레스 성형틀을 이용하여 정밀 프레스 성형하는 공정을 반복하여 광학 소자를 양산하는 광학 소자의 제조 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 프리폼을 프레스 성형틀에 도입하고, 상기 프리폼과 프레스 성형틀을 함께 가열하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 가열한 프리폼을 예열한 프레스 성형틀에 도입하여 정밀 프레스 성형하는 광학 소자의 제조 방법.
제16항 또는 제17항에 기재된 광학 소자를 구비하는 촬상(imaging) 장치.