DD285589A5 - Optisches lanthanschwerflintglas im bereich der optischen lage n(e)=1,795 bis 1,825 und v(e)=40 bis 41 mit verbesserter homogenitaet und transmission und geringer fluoreszenz - Google Patents

Optisches lanthanschwerflintglas im bereich der optischen lage n(e)=1,795 bis 1,825 und v(e)=40 bis 41 mit verbesserter homogenitaet und transmission und geringer fluoreszenz Download PDF

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DD285589A5 DD33399189A DD33399189A DD285589A5 DD 285589 A5 DD285589 A5 DD 285589A5 DD 33399189 A DD33399189 A DD 33399189A DD 33399189 A DD33399189 A DD 33399189A DD 285589 A5 DD285589 A5 DD 285589A5
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glass
optical
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DD33399189A
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Inventor
Eckhart Watzke
Thomas Kloss
Andrea Kaempfer
Vladimir E Galant
Gurij T Petrovskij
Ljudmila N Urusovskaja
Original Assignee
Veb Jenaer Glaswerk,Dd
Staatliches Optisches Institut (Goi),Su
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths

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Abstract

Die Erfindung betrifft kostenguenstiges optisches Lanthanschwerflintglas, das vorrangig fuer den Einsatz als Linsen in Fotoobjektiven, aber auch fuer die Herstellung anderer optischer Bauteile geeignet ist. Erfindungsgemaesz besitzt das Glas im Ansatz folgende Zusammensetzung:{optisches Glas; Lanthanschwerflintglas; Lanthanboratglas; Homogenitaet; Transmission; Fluoreszenz; Fotoobjektive; Linsen; optische Bauteile, kostenguenstig, hochbrechend}

Description

La2O3 = 32,5 - 34,5% Massegehalt
B2O3 = 23,0 - 24,0% Massegehalt
Y2O3 = 7,0 - 8,5% Massegehalt
ZnO = 6,0 - 7,0% Massegehalt
ZrO2 = 5,0 - 6,5% Massegehalt
WO3 = 7,0 - 12,0% Massegehalt
Nb2O5 = 4,5 - 7,0% Massegehalt
SiO2 = 2,0 - 4,0% Massegehalt
BaO = 3,0 - 5,0% Massegehalt
TiO2 = 0,1 - 0,9% Massegehait
AI2O3 = 0,1 - 1,5% Massegohalt
3. Optisches Lanthanschwerflintglas nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung im Ansatz zusätzlich 0,01 bis 2,0% Massegehait Läuter- und Entfärbemittel wie z. B. As2O3, Sb2O3, Halogenide, Ammoniumverbindungen oder geeignete organische Verbindungen besitzt.
Hierzu 1 Seite Tabelle
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft kostengünstiges optisches Lanthanschwerflintglas spezieller optischer Lage mit verbesserter Homogenität und Transmission und geringer Fluoreszenz, das vorrangig für den Einsatz als Linsen in Fotoobjektiven, aber auch für die Herstellung anderer optischer Bauteile geeignet ist.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Optisches Lanthanschworflintglas mit Brechzahlen rt, = 1,795 bis 1,825 und Abbezahlen v, = 40 bis 41 ist bekannt und wurde aus dem System LaJU3-B2O3-Y2O3 durch Zusätze von hochbrechenden Komponenten und zweiwertigen Zwischenoxiden abgeleitet. Nach der Patentliteratur, die dem Anmeldegegenstand am nächsten kommt,z.B. DE-OS 2652747, DE-OS 3138138, DE-OS 3102690 ist es möglich, diese Gläser kostengünstig, d. h. mit relativ geringen Gemengekosten und relativ hoher .oialiisationsstabilität herzustellen. Diese und ähnliche Gläser besitzen jedoch nachteiligerweise auf Grund ihrer nicht optimalen Zusammensetzungen unzureichende Homogenität und Transmission.
Die leicht verdampfende Hauptkomponente B2O3 und die Nebenkomponente Fluorid verursachen starke Schlierenbildung im Glas, wenn ihre Anteile zu groß sind bzw. die anderen Glasbestandteile wie z. B. die die Zähigkeit erhöhenden Bestandteile ΤίΟ·>, ZrO2, SiO2 und AI2O3 auf kleine Mengen der leicht flüchtigen Komponenten nicht optimal abgestimmt sind. Ähnliches gilt für die, die Transmission in diesen Gläsern am meisten vermindernden Glaskomponenten TiO2, WO3 und Nb2O6. Derbekannte kommerzielle Glastyp LaSF 3/808406 der optischen Lagen, =· 1,813 und ve = 40,4 realisiert nach den Angaben des
«Schott-Katalog 3111, Ergänzung IIX/84" folgende für die Anwendung als Linse in Fotoobjektiven wichtigen
Reintransmissionsgrade:
Ti,3eonm ca. 0,28 Λ
Ti,4oonm ca.0.89 j für 10 mm Schichtdicke
T|,43enm Ca.0,95
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung sind neue Glaszusammensetzungen zur Herstellung kostengünstiger, homogener, hochlichtdurchlässiger und geringfluoreszierender Lanthanschwerflintgläser definierter optischer Lage.
Darlegung des Wosöliä der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, miiHs neuer Glaszusammensetzungen hochwertiges Lanthanschwerflintglas der optischen Lage
n, = 1,795 bis 1,825 und v, = 40-41 mit dem Schwerpunkt η, etwa 1,813 und ν, etwa 40,4 herzustellen, daß die Voraussetzungenzur kostengünstigen Herstellung und gleichzeitig die Voraussetzung zur Herstellung von Glas mit verbesserter Homogenität und
Transmission und geringer Fluoreszenz erfüllt. Das Glas soll zusätzlich eine für diese optische Lage gute chemische Beständigkeit besitzen und keine umweltschädigenden Komponenten wie z. B. CdO, PbO oder Fluoride enthalten. Das bedeutet, daß die Glaszusammensetzung als Voraussetzung zur Realisierung der Aufgabenstellung
- keine extrem teuren und nur wenig relativ teure Komponenten enthalten darf und trotzdem so kristallisationsstabil ist, daß es insgesamt großtechnisch kostengünstig und chemisch stabil hergestellt werden kann;
- einen minimalen Anteil der leichtverdampfenden Hauptkomponento B2O3 enthält, der mit den anderen Glasbildnern in jedar Hinsicht günstig abgestimmt sein muß;
- keine leichtverdampfenden Fluoride zur Substitution von O*~ enthält;
- keine zu großen Mengen der starke Eigenabsorption besitzender) Komponenten TiO2, WO3 und Nb2O5 enthalten darf. Es ist besondere darauf zu achten, daß der TiOj-Anteil gering gehalten werden muß, da außer der besonders störenden Eigenabsorption eine zusätzlich besonders störende Transmissionsverringerung durch llmenitbildung, FeTiO3, entsteht. Da kostengünstig herzustellende Gläser auch den Einsatz von Rohstoffen üblicher optischer Qualität bedingen, ist im Glas immer so viel Fe2O3 als Verunreinigung vorhanden, daß die unerwünschte llmenitbildung möglich ist.
- das aus Platin- bzw. Platinlegierungen bestehende Schmelzaggregat nur ganz geringfügig angreifen darf, um die durch Platin im Glas verursachte Fluoreszenz zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Glas im Annatz folgende Zusammensetzung besitzt:
La2O3 = 30,0 - 35,5% Massegehalt
B2O3 = 23,0 - 25,0% Massegehalt
Y2O3 = 6,5- 9,0% Massegehalt
ZnO = 5,0- 7,0% Massegehalt
ZrO2 = 5,0 - 7,0% Massegehalt
WO3 = 3,5- 12,0% Massegehalt
Nb2O6 = 2,5- 7,0% Massegehalt
SiO2 = 2,0 - 5,0 % Massegehalt
BaO = 2,0- 4,5% Massegehalt
TiO2 = 0,1 - 2,0% Massegehalt
AI2O3 = 0,1 - 2,0% Massegehalt
Ta2O6 - 0 - 4,5% Massegehalt
Es ist günstig, der Glaszusammensetzung 0,01 bis 2,0% Massegehalt bekannter Läuter- und Entfärbemittel wie z. B. As2O3, Sb2O3, Halogenide, Ammoniumverbindungen oder geeignete organische Verbindungen zuzusetzen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, kostengünstiges Lanthanschwerflintglas ohne Fluoridgehalt mit einer minimalen Menge B2O3 zu erschmelzen, so daß die durch Verdampfung verursachte Schlierenbildung stark reduziert wird. Der vorteilhafte B2O3-Gehalt liegt zwischen 23,0 und 25,0% Massegehalt, wenn die Viskosität der Glasschmelze gleichzeitig durch ausgewogene Zusätze von ZrO2 mit SiO2 und TiO2 mit AI2O3 in kleinsten Mengen stabilisiert wird. Beträgt der Anteil an B2O3 unter diesen Bedingungen weniger als 23,0% Massegehalt, so verringert sich die gute Kristallisationsbeständigkeit, liegt der Anteil von B2O3 über 25,0% Massegehalt, setzt sofort stark vermehrte Schlierenbildung und Platinkorrosion ein. Experimentell wurde u.a. ermittelt, daß von einem erfindungsgemäßen Glas mit einem B2O3-Anteil von 24,0% Massegehalt ausgehend, die Änderung des B2O3-Anteils um +3% Massegehalt zur sprungartigen Verschlechterung der Schlierigkeit bzw. der nichtvertretbaren Verringerung der Kristallisationsstabilität führte.
Die Demonstrationsgläser mit 24 ± 3% Massegehalt B2O3 wurden u. a. auf ihre Schlierenhaltigkeit untersucht und in Schlierengruppen gemäß „Druckschrift 0142 LTail des VEB JENA" GLASWERK" eingeordnet. Für das Glas mit 27% Massegehalt B2O3 wurde auf Grund der großen Schlierigkeit nur Gußglas-Qualität (Schlierengruppe G) ermittelt. Das Glas mit
-3- 280 589
21 % Massegehalt B2O3 realisierte dagegen die wesentlich höhere Homogenität, ausgewiesen als Plattenglasqualität {Schlierengruppe S), besitzt jedoch wesentlich verringerte Kristallisationsstabilität. Das erfindungsgemäße Glas mit 24 ± 1 % Massegehalt B2O3 besitzt dagegen gleichzeitig gute Homogenität und Kristallisationsstabilität.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß man ein ähnlich schlierenarmes Glas wie das erfindungsgemäße auch ohne die definierten kleinen Zusätze von AI2O3 und SiO2 bzw. die definierten Zusätze von ZrO2 herstellen kann, wenn man relativ große Mengen von TiO2 in das Glas einführt. So ein Vergleichsglas besitzt jedoch den erheblichen Nachteil geringster Transmission, so daß es z. B. für den Einsatz in Spezialoptiken mit kurzwelligen Arbeitswellenlängen unbrauchbar ist. Überraschenderweise wurde weiterhin gefunden, daß man durch Einführen ausgewogener Anteile der transmissionsmindernden Komponenten TiO2, WO3 und Nb2Og- auf deren Verwendung aus anderen Gründen zum Erreichen des erfindungsgemäßen Zieles nicht zu verzichten ist, - ein Glas mit verbesserten Transmissionseigenschaften erschmolzen werden kann. Bei Verwendung von geringen Anteilen des färbenden TiO2 (bis 2,0% Massegehalt), definierter Anteile von WO3 und Nb2O6 (bis 12,0% bzw. 7% Massegehalt) ist es möglich, mit Rohstoffen in üblicher optischer Qualität (Fe2O3-Gehalt etwa 5-10ppm) folgende verbesserte Transmissionseigenschaften zu erreichen:
nm etwa 0,34 bis etwa 0,48
"γ
Ti,4oonm etwa0,91 bisctwa0,98 j für 10mm Schichtdicke
Ti,«« nm etwa 0,98 bis etwa 0,995
Es wurde weiterhin überraschenderweise gefunden, daß in diesem System kleine Mengen von TiO2 - bei Einhaltung definierter Genaue dar Komponenten WQ3,8!O2 und AUOi - die Kristallisationsneigung des Glases sprunghaft verringern.
Außerdem sind Zusätze von Ta2O8 für die Verbesserung der Eigenschaften Kristallisationsbeständigkeit und chemische Beständigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Brechzahl und nur relativ geringer Erniedrigung der Abbezahl günstig. Die Verwendung von Ta2O6 sollte sich aber auf nur geringe Mongsn beschränken, da sonst die Gemengekost6n zu stark erhöht werden.
Der oben beschriebene Zusammensetzungsbereich der erfindungsgemäßen Gläser ermöglicht es zusätzlich, die Fluoreszenz, die integral und spektral relativ zum schwach fluoreszierenden rVeferenzglas BK7 bestimmt worden ist und vorrangig durch Platinauflösung beeinflußt wird, auf ein geringes Niveau zu reduzieren. Für die integrale Fluoreszenz konnten Werte von l„i etwa 0,5 bis 1,3 erreicht werden, die für Gläser dieser optischen Lage überraschend niedrig sind. Die geringe Platinauflösung der erfindungsgemäßen Gläser verursacht außerdem eine Verringerung der von ionogenem Platin im Glas verursachten Absorption im kurzwelligen Spektralbereich.
Es wurde weiterhin gefunden, daß alle oben beschriebenen positiven Wirkungen der Glaszusammensetzungen zum Realisieren der optischen Lage ne etwa 1,813 und v, etwa 40,4 am besten mit folgendem eingeengten Zusammensetzungsbereich zu erzielen
La2O3 = 32,5 - 34,5% Massegehalt
B2O3 = 23,0 - 24,0% Massegehalt
Y1O3 = 7,0- 8,5% Massegehalt
ZnO = 6,0 - 7,0% Massegehalt
ZrO2 = 5,0 - 6,5% Massegehalt
WO3 = 7,0- 12,0% Massegehalt
Nb2O6 = 4,5 - 7,0% Massegehalt
SiO2 = 2,0- 4,0% Massegehalt
BaO = 3.0- 5,0% Massegehalt
TiO2 = 0,1 - 0,9% Massegehalt
AI2O3 = 0,1 - 1,5%Massegehalt
Ausfuhrungsbeisplele
In Tabelle 1 sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gläser wiedergegeben. Die Glaszusammensetzungen in % Massegehalt beziehen sich aus dem Ansatz, d. h. die Glassynthesen. Die oxidischen Glaskompononten wurden in herkömmlicher Weise wie folgt in das Gemenge eingeführt:
Ausführungsbeisplel 10
als La2O3 Reintransmissionsgrade für 10 mm Schichtdicke
La2O3 als H3BO3 T|>360 nm = 0,37
B2O3 als Y2O3 T|.400nm = 0,92
Y2O3 als ZnO T|.43enm = 0,98
ZnO als ZrO2 Fe2O3-Gehalt: etwa 8 ppm
ZrO2 als WO3
WO3 als Nb2O6
Nb2O6 als SiO2
SiO2 als BaCO3
BaO als TiO2
TiO2 als AI(OH)3
AI2O3
Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen werden gut gemischt, bei etwa 1200-13000C im Platintiegel geschmolzen, homogenisiert und bis auf etwa 9000C abgerührt, in Eisenformen gegossen und abschließend entspannt. Abbildung 1 zeigt die spektrale Fluoreszenz (I111, relative Intensität zum Referenzglas BK7) eines erfindungsgemäßen Glases bei der£ regungswellenlöngeX = 365nm.
Tabelle 1 Ausführungsbeispiele dor erflntäungsgemÄßen Gllser
Bezeichnung 1 2 3 4 5 Glaszusammensetzungen in % Massegehalt 32,6 30,5 6
31,7 23,8 23,9
La2O3 33,6 35,3 24,7 6,6 7,6 31,1
B2O3 23,8 23,8 7,9 6,1 6,0 24,2
Y2O3 7,6 7,6 6,4 5,6 5,5 7,8
ZnO 6,1 6,1 5,8 8,0 7,9 6,2
ZrO2 5,6 5,6 8,3 3,8 4,1 5,7
WO3 8,0 8,0 3,9 4,6 4,9 8,2
Nb2O6 3,8 3,8 4,8 4,1 4.2 3,9
SiO2 3,6 3,6 Λ Ο t,v> 1,9 1> 4,7
BaO 4,1 4,1 2,0 0,1 0,2 4,2
TiO2 1,9 1,9 0,1 2,8 3,5 1,9
AI2O3 0,1 0,1 0,1 1,799 1,801 0,1
Ta2O6 1,8 0,1 1,805 40,9 40,3 2,0
n. 1,821 1,820 41,0 10 11 1,803
v. 40,3 40,6 9 33,1 32,6 40,6
Bezeichnung 7 8 33,5 23,3 23,8
La2O3 33,5 33,2 23,9 7,3 8,2
B2O3 23,8 23,4 7.6 6,3 6,0
YjO3 7,6 7,4 6,5 5,8 6,1
ZnO 6,4 6,3 6,0 10,6 4,5
ZrO2 6,0 5,9 7,8 5,6 4,9
WO3 7,8 9,6 5,8 2,8 3,4
Nb2O5 5,8 5,7 3,5 4,2 4,3
SiO2 3,1 2,8 4,2 0,3 1.9
BaO 4,1 4,2 0,9 0,7 0,2
TiO2 1,1 0,5 0,3 - 4,0
AI2O3 0,5 0,7 - - -
Ta2O6 - - - - 0,1
Br - 0,3 - - -
/Vs2O3 - - - 1,813 1,813
NH4NO3 0,3 - 1,809 40,4 40,9
n. 1,813 1,813 40,5
v. 40,4 40,4
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Claims (2)

1. Optisches Lanthanschwerflintglas im Bereich der optischen Lage ne = 1,795 bis 1,825 und ve = 40-41 mit verbesserter Homogenität und Transmission und geringer Fluoreszenz, das zumindest Lanthanoxid, Boroxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zirkonoxid und Nioboxid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas im Ansatz folgende Zusammensetzung besitzt:
2. Optisches Lanthanschwerflintglas nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß es bei einer optischen Lage von n0 etwa 1,813 und ve etwa 40,4 im Ansatz folgende Zusammensetzung besitzt:
DD33399189A 1989-10-30 1989-10-30 Optisches lanthanschwerflintglas im bereich der optischen lage n(e)=1,795 bis 1,825 und v(e)=40 bis 41 mit verbesserter homogenitaet und transmission und geringer fluoreszenz DD285589A5 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1245544A3 (de) * 2001-03-27 2002-12-11 Hoya Corporation Optisches Glas und optisches Element
CN109734304A (zh) * 2019-03-28 2019-05-10 成都光明光电股份有限公司 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

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