DE69303281T2

DE69303281T2 - Optisches Glas mit hoher Dispersion

Info

Publication number: DE69303281T2
Application number: DE69303281T
Authority: DE
Inventors: Goro Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Enomoto; Naoyuki Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Goto; Futoshi Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Ishizaki; Katsuhiko Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Yamaguchi; Hideo Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Yasui; Hisao Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Yatsuda
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2512366B2; US5332700A; EP0645350A1; JPH05262534A; DE69303281D1; EP0645350B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Glas mit hoher Dispersion eines SiO&sub2;-Nb&sub2;O&sub5;-TiO&sub2;-R'&sub2;O (worin R¹ ein Alkalimetallelement ist)-F-Systems, das die optischen Konstanten eines Brechungsindexes (Nd) von etwa 1,52-1,67 und einer Abbesche Zahl (νd) von etwa 32-50 hat, welches eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit aufweist und einen relativ großen Gehalt eines Nb&sub2;O&sub5;-Inhaltsstoffs enthält.
Gemäß dem Stand der Technik bekannte optische Gläser, die die oben beschriebenen optischen Konstanten aufweisen, sind Gläser eines SiO&sub2;-PbO-R'&sub2;O-Systems, eines SiO&sub2;-TiO&sub2;-R'&sub2;O-Systems und eines SiO&sub2;-TiO&sub2;-R'&sub2;O-F-Systems, die in der Beschreibung des US Patents 2 481 701 offenbart sind. Das erstere erwähnte optische Glas gemäß dem Stand der Technik enthält jedoch toxisches PbO und die letzeren zwei optischen Gläser sind dahingehend von Nachteil, daß sie keine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit besitzen.
Das Journal of Non-Crystalline Solids, Band. 129, Nrn. 1 bis 3, 1991, Seiten 54 bis 63 beschreibt ein optisches Glas, das aus KF, Nb&sub2;O&sub5; und SiO&sub2; besteht.
JP-A-63 265 840 (interpretiert gemäß Derwent Abstract Nr. 88-356301) beschreibt ein optisches Glas, das einen Brechungsindex von 1,59 bis 1,82, eine Abbesche Zahl von 20 bis 40 hat und eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit mit der Zusammensetzung aufweist, die 5 bis 55 % SiO&sub2;, 1 bis 50 % Nb&sub2;O&sub5;, 17,5 bis 30 % Alkalimetalloxide und 0 bis 10 % Fluoride umfaßt. Weiterhin liegen 0,5 bis 15 % B&sub2;O&sub3; und 0,5 bis 30 % P&sub2;O&sub5; vor.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 52-25812 offenbart ein Glas eines SiO&sub2;-TiO&sub2;-Nb&sub2;O&sub5;-R'&sub2;O-Systems und die japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 52-45612 offenbart ein Glas eines SiO&sub2;-Nb&sub2;O&sub5;-R"&sub2;O-(worin R" ein zweiwertiges Metallelement ist)-R'&sub2;O-Systems. Jedoch weisen diese beiden Gläser keine Eigenschaft der hohen optische Dispersion und keine ausgezeichnete optische Durchlässigkeit auf, die das Ziel der vorliegenden Erfindung sind.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in umfassender Weise diese Nachteile der optischen Gläser zu eliminieren, indem man ein neues optisches Glas bereitstellt, das frei von toxischem PbO-Inhaltsstoffen ist, optische Konstanten eines Brechungsindexes (Nd) von etwa 1,52-1,67 und eine Abbesche Zahl (νd) von etwa 32-50 und eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit hat.
Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführte umfangreiche Untersuchungen und Versuche zum Lösen der oben beschriebenen Aufgabe der Erfindung ergaben einen Befund, der zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, daß ein optisches Glas, das die erwünschten optischen Konstanten und eine verbesserte Lichtdurchlässigkeit hat, in einem SiO&sub2;-Nb&sub2;O&sub5;-TiO&sub2;- R'&sub2;O-F-Glassystem mit einem bestimmten Zusammensetzungsbereich erhalten werden kann.
Das optische Glas, das im wesentlichen PbO-frei ist, welches die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung löst, ist dadurch gekennzeicnet, daß es in Gew.-% besteht aus:
SiO&sub2; 47-70 %
Al&sub2;O&sub3; 0-15 %
Nb&sub2;O&sub5; 15,5-35 %
TiO&sub2; bis zu 15 %
ZrO&sub2; 0-10 %
Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 10-35 %, worin
Li&sub2;O 0-10 %
Na&sub2;O 0-20 %
K&sub2;O 0-20 % sind,
ZnO + MgO + CaO + SrO + BaO 0-5 %
und einem Fluorid oder Fluoriden eines Metallelements oder von Metallelementen, das (die) in einem oder mehreren des(der) obigen Metalloxids oder -oxide enthalten ist(sind), wobei das Fluorid oder die Fluoride das Metalloxid oder die Metalloxide teilweise oder vollständig ersetzt(en), und eine Gesamtmenge von F, die in dem Fluorid oder den Fluoriden enthalten ist, 0,1-10 % beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist das wie oben definierte optische Glas mit hoher Dispersion eine Gesamtmenge von F im Bereich von 0,1-7 % auf.
In dem optischen Glas, das gemäß der Erfindung hergestellt wird, werden die oben beschriebenen Gehaltsbereiche der entsprechenden Inhaltsstoffe aus den nachstehend aufgeführten Gründen ausgewählt. In der folgenden Beschreibung wird der Gehaltsbereich der entsprechenden Inhaltsstoffe in Gew.-% ausgedrückt.
Die Menge an SiO&sub2;, das ein unerläßlicher Inhaltsstoff zur Bildung eines Glases ist, sollte innerhalb des Bereichs von 47-70 % liegen. Wenn die Menge weniger als 47 % beträgt, verschlechtert sich die chemische Beständigkeit des Glases, wenn die Menge 70 % übersteigt, verschlechtert sich die Schmelzeigenschaft des Glases.
Ein Al&sub2;O&sub3;-Inhaltsstoff kann wie gewünscht zur Einstellung der optischen Konstanten und zur Verbesserung des Stabilität des Glases zugefügt werden. Wenn die Menge 15 % übersteigt, verschlechtert sich die Schmelzeigenschaft des Glases, wobei sich die Schwierigkeit ergibt, ein homogenes Glas zu erhalten.
Der Nb&sub2;O&sub5;-Inhaltsstoff ist eine wichtiger Inhaltsstoff in dem Glas der vorliegenden Erfindung, da er zur Verbesserung der Eigenschaft der hohen Dispersion und der Lichtdurchlässigkeit beiträgt. Wenn jedoch die Menge weniger als 15,5 % beträgt, können die beabsichtigten optischen Konstanten nicht erhalten werden, wenn die Menge 35 % übersteigt, nimmt die Entglasungseigenschaft des Glases zu.
Der TiO&sub2;-Inhaltsstoff wird zur Verbesserung des Brechungsindexes und zur Verminderung der Abbeschen Zahl des Glases zugegeben. Wenn die Menge 15 % übersteigt, neigt das Glas zu einer Verfärbung.
Der ZrO&sub2;-Inhaltsstoff kann wie gewünscht zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit des Glases zugegeben werden. Wenn die Menge 10 % übersteigt, nimmt die Entglasungsneigung des Glases zu.
Die Li&sub2;O-, Na&sub2;O- und K&sub2;O-Inhaltsstoffe können wie gewünscht zugegeben werden, da diese Inhaltsstoffe zur Erleichterung des Schmelzens des Glases wirksam sind. Wenn jedoch die Mengen dieser Inhaltsstoffe 10 %, 20 % bzw. 20 % übersteigen, nimmt der Brechungsindex des Glases ab. Wenn andererseits die Gesamtmenge eines oder mehrerer dieser Inhaltsstoffe weniger als 10 % beträgt, kann die oben beschriebene Wirkung nicht in ausreichendem Maß erhalten werden, während die chemische Beständigkeit des Glases sich verschlechtert, wenn die Gesamtmenge 35 % übersteigt.
Die ZnO-, MgO-, CaO-, SrO- und BaO-Inhaltsstoffe können wie gewünscht zugegeben werden, da diese Inhaltsstoffe zur Verbesserung der Schmelzeigenschaft des Glases wirksam sind. Wenn jedoch die Gesamtmenge eines oder mehrerer dieser Inhaltsstoffe 5 % übersteigt, wird es schwierig, die beabsichtigten optischen Konstanten beizubehalten.
Der Fluor (F)-Inhaltsstoff ist dahingehend ein wichtiger Inhaltsstoff in dem Glas der vorliegenden Erfindung, daß er die Eigenschaft der hohen Dispersion und des Brechungsindexes und die Lichtdurchlässigkeit erhöht. Wenn die Menge von F weniger als 0,1 % beträgt, erhält man diese Wirkungen nicht in ausreichendem Maß, während die Menge 10 % nicht übersteigen sollte und vorzugsweise 7 % oder weniger betragen sollte, da Schlieren in dem Glas während des Schmelzens auftreten, wenn die Menge 10 % übersteigt, wobei sich die Schwierigkeit ergibt, ein homogenes Glas zu erhalten.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Inhaltsstoffen kann ein bekanntes Entschäumungsmittel wie Sb&sub2;O&sub3; in bis zu etwa 0,5 % zugegeben werden.
Tabelle 1 zeigt Beispiele des optischen Glases mit hoher Dispersion gemäß der Erfindung (Nr. 1 bis Nr. 9), ein Referenzbeispiel und Vergleichsbeispiele optischer Gläser gemäß dem Stand der Technik (Nr. A und Nr.B) sowie den Brechungsindex (Nd), die Abbesche Zahl (νd) und Wellenlängen des Lichts in der Einheit von 10 nm, die eine Lichtdurchlässigkeit von 80 % (T&sub8;&sub0;) in einer Probe mit zwei polierten, gegenüberliegenden Oberflächen einer Dicke von 10 mm erzeugen.
Wie in der Tabelle gezeigt wird, haben die Gläser Nr. 8 und Nr.9 der Beispiele der vorliegenden Erfindung Wellenlängen des Lichts, die, verglichen mit den Gläsern Nr. A und Nr. B der Gläser gemäß dem Stand der Technik, welche in etwa die gleichen optischen Konstanten haben, in großem Maß zu der Seite der kurzen Wellenlängen verschoben sind, und dies weist klar auf die Verbesserung der Lichtdurchlässigkeit in den Gläsern der vorliegenden Erfindung hin. Die Gläser der Nr. 1 bis Nr. 7 der Beispiele der vorliegenden Erfindung weisen auch eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit auf.
Die Gläser der Beispiele der vorliegenden Erfindung können durch Wiegen und Vermischen normaler optischer Glas-Ausgangsmaterialien wie Oxiden, Carbonaten, Nitraten und Fluoriden, Schmelzen und Entschäumen der Ausgangsmaterialien in einem Platintiegel bei 1200-1400 ºC während etwa 2 bis 5 Stunden, Rühren des geschmolzenen Glases, um dasselbe zu homogenisieren und anschließendes Gießen desselben in eine Form und Tempern desselben erhalten werden.

Claims

1. Optisches Glas mit hoher Dispersion, das im wesentlichen frei von Pb ist, und in Gew.-% besteht aus:

SiO&sub2; 47-70 %

Al&sub2;O&sub3; 0-15 %

Nb&sub2;O&sub5; 15,5-35 %

TiO&sub2; bis zu 15 %

ZrO&sub2; 0-10 %

Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 10-35 %, worin

Li&sub2;O 0-10 %

Na&sub2;O 0-20 %

K&sub2;O 0-20 % sind,

ZnO + MgO + CaO + SrO + BaO 0-5 %

und einem Fluorid oder Fluoriden eines Metallelements oder von Metallelementen, das(die) in einem oder mehreren des(der) obigen Metalloxids oder -oxide enthalten ist(sind), wobei das Fluorid oder die Fluoride das Metalloxid oder die Metalloxide teilweise oder vollständig ersetzt(en), und eine Gesamtmenge von F, die in dem Fluorid oder den Fluoriden enthalten ist, 0,1-10 % beträgt.

2. Optisches Glas mit hoher Dispersion gemäß Anspruch 1, worin die Gesamtmenge an F 0,1-7 % ist.