Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes, wie z. B. einer Zinse, sowie nach denn Verfahren hergestelltes optisches Element. In der schweizerischen Patentschrift Nr. 223992 wird vorgeschlagen, ein optisches Element, wie z. B. eine Linse, aus einem in Lösung gelatinierbaren Stoff herzustellen. Es hat sich als möglich erwiesen, nach diesem Verfahren auf verhältnismässig einfachem Wege z. B. Linsen ohne die Anwendung von Schleifbearbeitungen und mit sehr grosser Genauigkeit anzufertigen.
Es wird dabei eine Form verwendet, in die eine Lösung eines in Lösung gelatinierbaren Stoffes gebracht wird. Nachdem die Lösung in ein Gel überführt und eingetrocknet (gegebenenfalls gehärtet) worden ist, d. h. das Lösungsmittel verdunstet ist, kann das Element, das dann die ge wünschte Gestalt angenommen hat, aus der Form entfernt werden.
Bei diesem Verfahren wird von der Er scheinung Gebrauch gemacht, dass das in der Form aus der Lösung des gelatinierbaren Stoffes entstandene Gel, das Steifheit und gleichzeitig Elastizität besitzt, beim Ein- trocknen schwindet. Das Mass des auftreten- ten Schwundes hat man durch eine geeignete Wahl der Konzentration des gelatinierbaren Stoffes im zugehörigen Lösungsmittel völlig in der Hand. So kann das Material im Falle von Gelatine auf '/3 bis 1/" der ursprüng lichen Abmessungen schwinden.
Infolge die ses Schwundes kann die zur Anfertigung des betreffenden optischen Elementes verwendete Form Abmessungen aufweisen, welche viel grösser sind als die des endgültig herzustel lenden Gegenstandes. Die Form besitzt eine Bodenplatte, deren Oberfläche genau hori zontal eingestellt ist und auf der die in die Form gebrachte Lösung sich festsetzt. Da die gelatinierte Lösung an der Bodenplatte haf tet, bleibt der auftretende Schwund haupt sächlich auf die Abmessungen des herzu stellenden optischen Elementes senkrecht zu dieser Bodenplatte beschränkt.
Die soeben genannte Bodenplatte der Form verhindert den Schwund in der Richtung dieser Platte. Dies hat zur Folge, dass unter Zuhilfenahme des genannten Verfahrerw z. B. Linsen von sehr geringen axialen Abmessungen, insbe sondere auch solche Linsen, die eine oder mehrere asphärische Begrenzungsoberflächen aufweisen, vorteilhaft angefertigt werden können.
Das Schleifen dieser Art von Linsen, die z.B. in der Kamera. nach Schmidt (Danjon et Coudert "Lunettes et Telescopes" 1935, Seiten 252 bis 254) als gorrektionselement verwendet werden, erfordert sehr viel Zeit und Fachkenntnis. Unter Zuhilfenahme des soeben beschriebenen Verfahrens werden diese Nachteile beseitigt.
Bei diesem Verfahren wird der gelatinierbare Stoff, wie bereits oben bemerkt wurde, gegebenenfalls gehärtet, welche Bearbeitung während oder nach der Trocknung erfolgt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes, wie z. B. einer Linse, aus einem gelatinierten, härtbaren Stoff, wobei aber der in der Form in den Gelzustand überführte Körper, der das Ele ment bilden muss, zunächst künstlich gehärtet und erst darauf getrocknet, d. h. vom Lö sungsmittel befreit wird. Ferner betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren her gestelltes optisches Element.
Hinsichtlich der in der eingangs erwähn ten Patentschrift beschriebenen Härtungs- weise weist das Härtungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile auf: An erster Stelle liegt, wie die Anmelderin festgestellt hat, die Fliessgrenze eines solchen Gels wesentlich höher, wenn der Stoff ge härtet ist, als wenn dies nicht der Fall ist. Wie im Vorstehenden erörtert wurde, schwin det der sich im Gelzustande befindende Kör per, der das optische Element bilden muss, während der Trocknung in wesentlichem Masse.
Hierdurch entstehen im Material vAäh- rend der Trocknung ziemlich grosse Span nungen, insbesondere, wenn im zu bildenden optischen Element grosse Stärkeunterschiede vorhanden sind, wie es z. B. der Fall ist, wenn dieses Element eine oder zwei asphärische Begrenzungsflächen aufweist und daher un gleichmässig trocknet. Wenn das Material im ungehärteten Zustand getrocknet wird, kön nen diese Schwundspannungen zu Rissen oder unerwünschten dauernden Deformationen in der Oberfläche des Körpers, der das optische Element bilden muss, führen. Diese Deforma tionen machen das fragliche Element zum eigentlichen Zweck weniger geeignet.
Wenn man nun nach der Erfindung vorgeht und zunächst härtet und dann trocknet, liegt die Fliessgrenze des Materials während der Trock nung hoch genug, und die 'Möglichkeit von Rissen und unerwünschten dauernden Defor mationen ist praktisch ausgeschlossen.
Ferner werden solche optische Elemente infolge der vorhandenen Stärkeunterschiede nie im ganzen gleichmässig trocknen. Wenn z. B. an der dünnsten Stelle eine anzuferti gende Linse in einem gewissen Augenblick gründlich trocken ist, -erden an den dicksten Stellen die Oberflächenteile wohl trocken sein, die mehr nach innen liegenden Teile aber nicht. Dieser Nachteil macht sich ins besondere bei optischen Elementen bemerk bar, bei denen der sich im Gelzustand befind liche ungetrocknete Körper grosse Stärke unterschiede aufweist, z. B. von ungefähr 3 mm.
Es tritt dann also eine ungleichmässige Trocknung auf, welche zu Trocknungsringen auf dem Element führen könnten. Wenn aber vom erfindungsgemässen Verfahren Gebrauch gemacht wird, besteht die Möglichkeit, den ungetrockneten Körper, der gehärtet ist. bei einer höheren Temperatur zu trocknen, als trenn der Körper ungehärtet ist. Hierdurch tritt. der Vorteil auf, dass infolge der schnel leren Trocknung das Auftreten von Trock- nungsringen nahezu völlig vermieden wird. Stellt man den Körper z. B. aus Gelatine mit.
Wasser als Lösungsmittel her, so kann diese Lösung durch Abkühlung in den Gel- zustand übergeführt werden. Dann kann das, Gel aus der Form entfernt und z. B. in einer Forma.linatmosphäre gehärtet oder in For malin eingetaucht. -erden, wodurch ebenfalls Härtung stattfindet. Nach dieser Härtung kann man durch Erhitzung das Lösungsmittel verdunsten lassen. Es ist aber auch möglich, schon von vornherein Formalin durch die wässerige Lösung von Gelatine zu mischen, wobei man aber ziemlich schnell arbeiten soll, damit die Härtung nicht während der Form gebung stattfindet.
Die Stoffe, die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet werden können und die daher in Lösung gelatinierbar und härtbar sein müssen, können organische Bestandteile enthalten, wie Gelatine, Agar-Agar und Pek tin. Auch ist es möglich, dass diese Stoffe anorganische Komponenten enthalten, wie Silikate oder Aluminiumoxyde, entweder ohne oder mit Glyzerin, zwecks Förderung der optischen Homogenität des betreffenden opti schen Elementes.
Zur Erhaltung einer gela- tinierbaren Lösung wird das Lösungsmittel in Abhängigkeit vom Stoff gewählt.
Wie die Anmelderin festgestellt hat, eig net sich das erfindungsgemässe Verfahren ins besondere auch zur Anfertigung eines opti schen Elementes, bei dem wenigstens eine Begrenzungsfläche in einem Querschnitt durch die Achse des, Elementes eine Kurve vierten oder höheren Grades bildet.
Die im vorherigen genannte Form kann z. B. eine 1Vletallbodenplatte oder aber eine Bodenplatte aus Glas aufweisen. Im letzteren Falle ist es denkbar, dass diese Grundplatte, wenn sie parallele Begrenzungsflächen und geeignete optische Eigenschaften aufweist, nach der Anfertigung z. B. einer Linse als Tragorgan für diese Linse dient.
Process for the production of an optical element, such as. B. an interest rate, as well as optical element produced by the process. In Swiss Patent No. 223992 it is proposed to use an optical element, such as. B. a lens, made of a substance gelatinizable in solution. It has been found possible to use this method in a relatively simple way, for. B. to manufacture lenses without the use of grinding operations and with great accuracy.
A form is used in which a solution of a substance which can be gelatinized in solution is brought. After the solution has been converted into a gel and dried (possibly hardened), d. H. the solvent has evaporated, the element, which has then assumed the desired shape, can be removed from the mold.
In this process, use is made of the fact that the gel that is formed in the mold from the solution of the gelatinizable substance, which has both rigidity and elasticity, shrinks when it dries. The extent of the shrinkage that occurs is completely in hand by a suitable choice of the concentration of the gelatinizable substance in the associated solvent. In the case of gelatine, for example, the material can shrink to 1/3 to 1/ "of the original dimensions.
As a result of this shrinkage, the shape used to manufacture the optical element in question can have dimensions which are much larger than those of the object to be finally produced. The mold has a base plate, the surface of which is set exactly hori zontal and on which the solution brought into the mold is fixed. Since the gelatinized solution adheres to the base plate, the shrinkage that occurs is mainly limited to the dimensions of the optical element to be produced perpendicular to this base plate.
The bottom plate of the mold just mentioned prevents shrinkage in the direction of this plate. This has the consequence that with the help of said Verfahrerw z. B. lenses of very small axial dimensions, in particular special lenses that have one or more aspherical boundary surfaces can be advantageously made.
The grinding of this type of lens, e.g. in the camera. According to Schmidt (Danjon et Coudert "Lunettes et Telescopes" 1935, pages 252 to 254) used as a correction element requires a great deal of time and expertise. These disadvantages are eliminated with the aid of the method just described.
In this process, as already noted above, the gelatinizable substance is optionally hardened, which processing takes place during or after drying.
The present invention also relates to a method for manufacturing an optical element, such as. B. a lens, made of a gelatinized, curable substance, but the body transformed in the form into the gel state, which must form the ele ment, initially artificially hardened and only then dried, d. H. is freed from the solvent. The invention also relates to an optical element made by this method.
With regard to the hardening method described in the patent mentioned at the outset, the hardening method according to the present invention has the following advantages: First, as the applicant has established, the flow limit of such a gel is significantly higher when the substance is hardened than if this is not the case. As discussed above, the gel-like body that must form the optical element shrinks to a significant extent during drying.
As a result, quite large tensions arise in the material during drying, especially if there are great differences in thickness in the optical element to be formed, as is the case, for B. is the case when this element has one or two aspherical boundary surfaces and therefore dries unevenly. If the material is dried in the uncured state, these shrinkage stresses can lead to cracks or undesired permanent deformations in the surface of the body which has to form the optical element. These deformations make the element in question less suitable for its intended purpose.
If one proceeds according to the invention and first cures and then dries, the flow limit of the material during the drying is high enough, and the 'possibility of cracks and unwanted permanent deformations is practically excluded.
Furthermore, as a result of the differences in thickness that exist, such optical elements will never dry evenly as a whole. If z. B. at the thinnest point a manufacturing lens is thoroughly dry at a certain moment, -erden the surface parts at the thickest points will probably be dry, but not the more inwardly located parts. This disadvantage is particularly noticeable in the case of optical elements in which the undried body located in the gel state has great strength differences, eg. B. of about 3 mm.
Uneven drying then occurs, which could lead to drying rings on the element. However, if use is made of the method according to the invention, there is the possibility of using the undried body which is hardened. to dry at a higher temperature than separate the body is uncured. This occurs. the advantage that, due to the faster drying, the occurrence of drying rings is almost completely avoided. If you put the body z. B. from gelatin with.
If water is used as the solvent, this solution can be converted into the gel state by cooling. Then the gel can be removed from the mold and z. B. cured in a Forma.linatmosphäre or immersed in For malin. - earth, which also causes hardening. After this hardening, the solvent can be allowed to evaporate by heating. However, it is also possible to mix formalin with the aqueous solution of gelatine from the outset, but you should work fairly quickly so that the hardening does not take place during the molding process.
The substances which can be used for the method according to the invention and which must therefore be gelatinizable and hardenable in solution can contain organic components such as gelatin, agar-agar and pekin. It is also possible that these substances contain inorganic components, such as silicates or aluminum oxides, either with or without glycerine, in order to promote the optical homogeneity of the optical element concerned.
To obtain a gelatinizable solution, the solvent is chosen depending on the substance.
As the applicant has found, the method according to the invention is particularly suitable for the manufacture of an optical element in which at least one boundary surface forms a fourth or higher degree curve in a cross section through the axis of the element.
The form mentioned above can be, for. B. have a 1Vletallbodenplatte or a base plate made of glass. In the latter case, it is conceivable that this base plate, if it has parallel boundary surfaces and suitable optical properties, after production, for. B. a lens serves as a support member for this lens.