DE4222322C1

DE4222322C1 - Optisches Glas mit negativer anomaler Teildispersion im blauen Bereich des Spektrums mit einem Brechwert von n¶d¶>1,82 und Abbezahlen v¶d¶ zwischen 36 und 40

Info

Publication number: DE4222322C1
Application number: DE19924222322
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl Chem Dr Clement; Danuta Grabowski; Volkmar Geiler
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2012-07-09

Description

Die folgende Erfindung handelt von einem optischen Glas mit guter Kristallisationsstabilität, hohem Transmissionsgrad, einer negativen anomalen Teildispersion im blauen Bereich des Spektrums, einem Brechwert von n_d<1,82 und Abbezahlen v_d im Bereich von 36 bis 40.

Die Brechzahl eines optischen Glases hängt von der Wellenlänge des gebrochenen Lichtes ab, wobei mit zunehmender Wellenlänge die Brechzahl abnimmt. Das Maß der Abhängigkeit ist dabei für jede Glasart unterschiedlich. Zur Charakterisierung der Dispersion eines optischen Glases, das heißt, der Abhängigkeit der Brechzahl von der Wellenlänge, werden im allgemeinen die Brechzahl n_d bei der Wellenlänge 587,56 nm (Natrium-d-Linie) und die Abbezahl

angegeben, wobei n_F die Brechzahl bei der Wellenlänge 486,13 nm (Wasserstoff-Linie) und n_C bei der Wellenlänge 656,27 nm (Heliumlinie) bedeuten.

Die partielle Dispersion P_x,y eines Glases für Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen x und y läßt sich durch die allgemeine Beziehung

darstellen. Hierin bedeuten n_x bzw. n_y die Brechungsindices des Lichtes bei den Wellenlängen x bzw. y. Bei den üblichen Flint- und Krongläsern zeigt der Zusammenhang zwischen partiellem Dispersionsvermögen P_x,y und der Abbezahl des jeweiligen Glases ein lineares Verhältnis der allgemeinen Gleichung

P_x,y = A_x,y + B_x,y · v_d

worin je nach Wahl der Wellenlängen x und y unterschiedliche Konstanten sind. Gläser, die dieser Gleichung gehorchen, werden als "Normalgläser" bezeichnet und bilden die Mehrzahl unter den Flint- und Krongläsern. Die der Gleichung zugrundeliegende Gerade heißt "Normalgerade".

Von dieser Geraden abweichende Gläser besitzen eine anomale Teildispersion. Als Maß der Abweichung wird die Ordinatendifferenz ΔP_x,y angegeben, das heißt, der senkrechte Abstand des Wertes für das partielle Dispersionsvermögen eines Glases mit anomaler Teildispersion von der Normalgeraden.

Die Abhängigkeit der Brechzahl von der Lichtwellenlänge bedingt, daß ein axialer Objektpunkt bei der Brechung eine Reihe von Bildern besitzt. Diese Erscheinung bezeichnet man als Farblängsfehler. Dieser chromatische Fehler ist unabhängig von der Linsenform und hängt nur von der Brennweite, der Linsenstellung im Strahlengang und der Dispersion des jeweils verwendeten Glases ab. Durch Kombination mehrerer Linsen zu einem System kann über die unterschiedlichen Brennweiten und Abbezahlen der verwendeten Linsen der Farblängsfehler korrigiert werden.

Bei Kombination zweier Linsen unterschiedlicher Zusammensetzung läßt sich ein chromatischer Fehler zumindest für zwei diskrete Wellenlängen beseitigen (Achromasie). Bei anderen als diesen diskreten Wellenlängen bleiben jedoch Restfarbfehler, das sogenannte "sekundäre Spektrum", übrig. Es ist jedoch bekannt, daß durch zusätzliche Verwendung von Gläsern, deren Teildisperson von der Normalgeraden abweicht, das heißt von Gläsern, welche eine anomale Teildispersion aufweisen, das "sekundäre Spektrum" größtenteils korrigiert werden kann. Dabei werden bevorzugt solche Gläser eingesetzt, die eine besonders hohe Abweichung von der Normalgeraden zeigen.

Im Stand der Technik sind Gläser mit sowohl hoher positiver als auch negativer Teildispersion bekannt. Positive Teildispersion liegt dann vor, wenn der Wert für die Abweichung von der Normalgeraden ΔP positive Werte ergibt, eine negative Teildispersion, wenn der Wert für ΔP<0 ist. Für die Korrektur des Sekundärspektrums in Linsensystemen werden oft Gläser mit negativer Teildispersion benötigt, welche noch zusätzlich relativ hohe Brechwerte aufweisen müssen.

In der DE 32 01 346 werden Gläser mit negativer Teildispersion und hohen Brechwerten beschrieben. Zum Erreichen dieser hohen Brechwerte werden allerdings Zusätze von mindestens 5 Gew.-% PbO, 2 Gew.-% Y₂O₃ und relativ hohe Mengen an TiO₂ zugesetzt. Es ist jedoch bekannt, daß durch Titanoxid die Teildispersion im blauen Bereich des Spektrums in Richtung einer positiven Abweichung verschoben wird.

In der japanischen Patentschrift 78 47 368 werden Gläser beschrieben, in denen ein hoher Brechwert durch Zugabe von mindestens 1 Gew.-% WO₃ erzielt wird. Zusätzlich werden noch mindestens 5 Gew.-% ZnO zugesetzt, von dem bekannt ist, daß damit aufgebaute Gläser zu hoher Entglasungsneigung tendieren können. Eine weitere Möglichkeit, so hohe Brechwerte zu erzielen, wird in den japanischen Patentschriften 81 78 447 und 88 50 293 beschrieben, wo Ytterbiumoxid mit einem Mindestgehalt von 5 Gew.-% bzw. 1 Gew.-% zugesetzt wird. Durch Zusatz von Yb₂O₃ wird jedoch der Transmissionsgrad in Gläsern, insbesondere im roten Bereich des Spektrums, drastisch gesenkt.

Die sonst aus dem Stand der Technik bekannten Gläser mit relativ hoher negativer anomaler Teildispersion weisen hauptsächlich mittlere bis niedrige Brechwerte auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Gläser zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Beständigkeit gegenüber Entglasung, ein hohes Transmissionsvermögen und gute Produzierbarkeit aufweisen und gleichzeitig über eine hohe negative Teildispersion im blauen Bereich des Spektrums verfügen bei gleichzeitig hohem Brechwert von n_d<1,82 und Abbezahlen, die im Bereich von 36-40 variiert werden können. Ein solches Glas sollte zur Korrektur des Sekundärspektrums bestens geeignet sein.

Die Aufgabe wird durch ein Glas mit der Komponentenzusammensetzung gemäß kennzeichnendem Teil von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den kennzeichnenden Teilen gemäß den Ansprüchen 2 und/oder 3 wiedergegeben.

Neben B₂O₃ wird das Glassystem in großen Anteilen von La₂O₃ aufgebaut. Die hohen Beträge an Lanthanoxid werden zum Erreichen der angestrebten Brechwerte beigegeben. Ein Über- bzw. Unterschreiten der Grenzen des Lanthanoxid-Gehaltes kann sich negativ auf die angestrebten Teildispersionseigenschaften auswirken. Bei Überschreiten des Wertes von 36 Gew.-% wird die Entglasungsneigung der Gläser steigen. La₂O₃ kann ohne wesentliche Beeinträchtigung der Eigenschaften des Glases durch Y₂O₃ ersetzt werden. Der Gehalt von Yttriumoxid sollte 5 Gew.-% nicht überschreiten.

Auch zwei andere essentielle Bestandteile des Glases, nämlich Nb₂O₅ und ZrO₂, dienen in erster Linie der Erhöhung der Brechzahl. Hierbei ist bemerkenswert, daß sich diese Anteile kaum auf eine Verringerung der negativen Abweichung von der Normalgeraden auswirken, wie es z. B. bei den hoch brechenden Komponenten PbO und TiO₂ gemäß Stand der Technik der Fall ist, welche bei höheren Anteilen zu positiven Abweichungen von der Normalgeraden führen.

Das Zirkoniumoxid kann auch gefahrlos gegen HfO₂ ersetzt werden, wobei allerdings ein Anteil von über 2 Gew.-% wegen der starken Erhöhung des Gemengepreises nicht mehr rentabel ist.

Obwohl Titanoxid bekanntermaßen die Teildispersion im blauen Bereich des Spektrums in Richtung einer positiven Abweichung beeinflußt, sind Gläser der erfindungsgemäßen Zusammensetzung so stabil, daß TiO₂ trotz geringer Beeinträchtigungen der angestrebten Teildispersion in Mengen bis zu 5 Gew.-% zugesetzt werden kann.

Eine Erhöhung der Brechzahl kann auch weiterhin durch Zugabe der nicht essentiellen Bestandteile Ta₂O₅ und WO₃ erreicht werden. Auch bei diesen Komponenten ist eine negative Abweichung von der Normalgeraden nicht zu befürchten.

Der Zusatz der essentiellen Komponente Bariumoxid in Anteilen von 9-27 Gew.-% ist so gewählt, daß er einerseits der Erhöhung der chemischen Beständigkeit dient, andererseits aber der negative Einfluß auf die Entglasungstendenz möglichst gering gehalten wird. BaO kann durch Zugabe anderer zweiwertiger Bestandteile, insbesondere ZnO, ersetzt werden, doch sollte ein Gesamtgehalt von 32 Gew.-% nicht überschritten werden, da sonst die Entglasungstendenz der Gläser deutlich steigen kann. Zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit können auch den Gläsern Anteile bis zu 12 Gew.-% SiO₂ zugegeben werden, wird jedoch dieser Anteil überschritten, kann die Entglasungsneigung der Gläser unerwünschte Ausmaße annehmen. Zusätze bis zu 2 Gew.-% GeO₂ sind ebenfalls möglich, bewirken jedoch wieder eine starke Erhöhung des Gemengepreises, so daß Zusätze dieser Komponenten möglichst kleingehalten werden sollten. Bevorzugt sind Gläser, die jedoch einen Gehalt von 2 Gew.-% SiO₂ nicht überschreiten sollten. Gleichermaßen kann Aluminiumoxid zur Bewirkung der chemischen Beständigkeit zugesetzt werden, jedoch mit der damit verbundenen Entglasungsneigung der Gläser in Anteilen nicht über 2 Gew.-%.

Zur Erhöhung der Schmelzbarkeit können dem Glas noch Alkalioxide zugegeben werden, doch sollte wegen ihres negativen Einflusses auf die angestrebten optischen Werte ein Gesamtanteil von 1 Gew.-% nicht überschritten werden.

In der folgenden Tabelle sind 8 beispielhafte Zusammensetzungen für erfindungsgemäße Gläser mit den dazugehörigen Parametern Brechzahl, Abbezahl, Teildispersion im blauen Bereich und Anomalie der Teildispersion wiedergegeben.

Das partielle Dispersionsvermögen im blauen Teil des Spektrums wird durch den Ausdruck

wiedergegeben, worin n_g die Brechzahl bei der Wellenlänge 435,83 nm bedeutet. Die Normalgerade, welche durch die Gläser K7 und F2 (Schott-Katalog "Optische Gläser", Schott Glaswerke Mainz, 1980) verläuft, gehorcht im blauen Bereich des Spektrums der Gleichung

P_{g, F} = 0,6438-0,001682 · v_d

Die erfindungsgemäßen Gläser werden wie folgt hergestellt:

Die Rohstoffe (Oxide, Carbonate usw.) werden abgewogen und gut gemischt. Das Gemenge wird bei 1300°C eingeschmolzen, danach geläutert und gut homogenisiert. Der Guß erfolgt bei 1200°C in vorgewärmte Formen.

Claims

1. Optisches Glas mit guter Kristallisationsstabilität und hohem Transmissionsgrad, mit negativer anomaler Teildispersion im blauen Bereich des Spektrums, einem Brechwert von n_d<1,82 und Abbezahlen v_d im Bereich von 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende gewichtsprozentuale Zusammensetzung aufweist: SiO₂ 0-12 GeO₂ 0-2 ΣSiO₂+GeO₂ 0-12 B₂O₃ 9-26 Al₂O₃ 0-2 Li₂O 0-1 Na₂O 0-1 K₂O 0-1 ΣAlkalioxide 0-1 MgO 0-4 CaO 0-4 SrO 0-4 BaO 9-27 ZnO 0-4 ΣMgO+CaO+SrO+BaO+ZnO <32 La₂O₃ 29-36 Y₂O₃ 0-5 ZrO₂ 3-9 HfO₂ 0-2 TiO₂ 0-5 Ta₂O₅ 0-2 Nb₂O₅ 6-20 WO₃ 0-2

sowie die im Stand der Technik bekannten Hilfsmittel zur Läuterung in Mengen bis zu 1 Gew.-%.

2. Optisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Gehalt von 9-16 Gew.-% Nb₂O₅ aufweist.

3. Optisches Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Gehalt von 2-12 Gew.-% SiO₂ aufweist.