Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes.
Es ist bekannt, optische Elemente herzustellen, indem auf eine feste Unterschicht eine aus durch Temperaturerniedrigung gelatinierbarem Material bestehende Deckschicht mittels einer Form gegossen wird, wonach die Deckschicht gelatiniert, aus der Form entfernt und getrocknet wird, wobei die Form ein derartiges Profil hat, dass die freie Oberfläche der Deckschicht asphäriseh ist. Die Un verschiebt kann dann entfernt werden, aber meistens werden I)ed und Unterschicht zusammen als optisches Element verwendet.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, asphä rische Oberflächen mit einem hohen Genauigkeitsgrad herzustellen, so dass sich die hergestellten Elemente vorzüglich zur Verwendung in der Präzisionsoptik, insbesondere bei opti schen Systemen nach Schmidt, eignen, wobei das Element zur Korrektion der sphärischen Aberration eines sphärischen Hohlspiegeis verwendet wird.
Als gelatinierbare Stoffe sind zu diesem Zweck Gelatine, Agar-Agar, Pektin und auch Silicate und Aluminiumoxyd vorgeschlagen worden. Von diesen Stoffen hat sich die Gelatine am besten bewährt.
Ein Nachteil der Verwendung der Gelatine besteht jedoch darin, dass der Stoff, nach- dem er getrocknet worden ist, nicht ganz unempfindlich gegen den Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung ist. Die Empfindlichkeit ist gering, aber hinreichend, um die optischen Eigenschaften des Elementes zu beeinträchtigen. Diese Nachteile treten besonders in einem Klima veränderlicher Feuchtigkeit auf.
Durch Anwendung der Erfindung werden diese Nachteile behoben.
Gemäss der Erfindung wird die Deckschicht aus einem in einer organischen Flüssigkeit zur Lösung gebrachten Stoff gegossen, der in Wasser unlöslich ist.
Wie bereits erwähnt, soll die Lösung durch Temperaturerniedrigung gelatinierbar sein.
Dies ist erforderlich, da die Lösung, nach Eingiessen in die Form, in den festen Zustand gebracht werden muss und sodann durch Trocknen das gewünschte Profil entsteht.
Vorzüglich eignen sich Zellulose-Acetat Butyrat und Zellulose-Acetat-Propionat. Es ist bekannt (zum Beispiel Ind. Eng. Chem.
38 [1946] 9316), dass das Gelatinieren dieser Stoffe, wenn diese in einer organischen Flüssigkeit, zum Beispiel in einem Gemisch von Toluol, Xylol und Propanol-2, zur Lösung gebracht worden sind, vorteilhaft zur Herstellung dicker, glänzender IJackschichten anwendbar ist.
Die gemäss der Erfindung hergestellten optischen Elemente sind in hohem Masse unempfindlich gegen Feuchtigkeit, so dass ihre optischen Eigenschaften praktisch konstant sind.
Bei derjenigen Phase des Herstellungsver fahrens, in der die Deckschicht getrocknet wird, tritt bei den erwähnten Stoffen tatsäch lich ausschliesslich ein Verdampfen des Lö sungsmittels auf, ohne dass eine Alolekülver- grösserung mit der damit einhergehenden Beeinflussung der optischen Eigenschaften stattfindet. Da ausschliesslich Trocknen stattfindet, wird auch die maximale Stärkeverringerung der aufgegossenen Schicht erzielt. Diese Stärkeverringerung ist bekanntlich, wie im folgenden näher erläutert wird, wichtig zur Erzielung maximaler Genauigkeit des endgültigen Elementes. Bei der Bildung optischer Elemente aus polymerisierenden oder konden- sierenden Stoffen treten diese Vorteile nicht auf.
Die Flüssigkeit, aus der die Deckschicht gegossen wird, kann selbstverständlich noch andere Stoffe enthalten, zum Beispiel Erweicher, wie Trikresylphosphat, mit deren Hilfe der Brechungsindex der Deckschicht noch beeinflusst, zum Beispiel erhöht, werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figuren sind alle Schnitte gemäss sich durch die optische Achse des Elementes erstreckenden Ebenen. Das Profil des Elementes sowie das Profil der bei der Herstellung verwendeten Matrize ist in diesen Figuren stark übertrieben dargestellt.
Fig. 1 stellt ein optisches Element nach der Erfindung dar, das aus einer einzigen Schicht besteht.
Fig. 2 stellt ein ähnliches Element dar, das ausserdem eine Glasunterschicht hat.
Fig. 3 stellt eine Vorrichtung zur Herstellung des Elementes in der ersten Phase dar.
Fig. 4 stellt das Element in der folgenden Herstellungsphase dar.
Das Element 1 nach Fig. 1 besteht aus einem in einer organisehen Flüssigkeit löslichten, durch Temperaturerniedrigung gelatinierbaren Stoff, zum Beispiel Zellulose-Acetat Butyrat, das im Handel unter der Marke Tenite II erhältlich ist; dieser Stoff ist jedoch in Wasser unlöslich. Das Element hat eine flache und eine asphärische Oberfläche.
Das Element nach Fig. 2 besitzt weiter eine Glasplatte 2, mit der die Deckschicht 1 fest verbunden ist. Die Glasplatte ist hier planparallel ausgebildet; es ist jedoch möglich, eine oder die beiden Begrenzungsflächen sphä- risch zu gestalten. Bekanntlich stösst man beim Schleifen solcher sphärischer Flächen auf keine grossen Schwierigkeiten, im Gegensatz zum Schleifen asphärischer Flächen. Es sei bemerkt, dass, obgleich im vorliegenden Fall von einer Glasunterschicht die Rede ist, auch andere durchsichtige Stoffe, zum Beispiel Kunstharze, verwendbar sind.
Es ist sogar möglich, undurchsichtige Unterschichten zu verwenden, wenn das optische Element einen Spiegel bildet, da auf die Deckschicht noch eine spiegelnde Schicht zum Beispiel durch Aufdampfen von Aluminium aufgebracht werden kann.
Zur Herstellung der Elemente kann wie in Fig. 3 dargestellt vorgegangen werden.
Eine Hohlmetallmatrize 3 wird oberhalb der Unterschicht 2 angeordnet. Die Unterseite der Matrize weist das für das optische Element gewünschte asphärische Profil in verstärktem Masse auf. Die Matrize ist mit zwei Röhren 4 und 5 versehen, durch die eine Flüssigkeit durch die Matrize geführt werden kann, um letztere zu erwärmen oder abzukühlen. Durch ein drittes Rohr 6 kann die gelatinierbare Flüssigkeit zugeführt werden.
Diese Flüssigkeit kann zum Beispiel aus 20 g Zellulose-Acetat-Butyrat in einem Ge misch von 89 g Xylol (Siedepunkt 130 bis 140 g) und 18 g Propanol-2 bestehen. Diese Lösung wird bei einer Temperatur von etwa 600 C durch das Rohr 6 auf die Unterschicht 2 geführt, wobei auch die Matrize bis zu 600 cm erwärmt ist. Darauf wird die Matrize gekühlt, indem Wasser von 0" C hindurchgeführt wird, bis die Deckschicht 7 gelatiniert worden ist.
Die Matrize wird dann von der Deckschicht 7 abgehoben, die jetzt die in Fig. 4 mit 8 be zeichnete Oberfläche aufweist. Danach wird die Schicht getrocknet, wobei das Einsehrump fen praktisch ausschliesslich in einer Rich- tung senkrecht zur Unterschicht stattfindet.
Schliesslich hat das Element die mit 9 bezeichnete endgültige Form. Ein Vorteil dieses Ein sehrumpfens besteht darin, dass etwaige Feh ler der Matrizenform stark verringert auf das endgültige Element übertragen werden.
Nach dem Trocknen ist das Element fertig.
Die Ränder können gegebenenfalls noch abgeschnitten, und es kann eine Montur angeordnet werden. Bei Verwendung von Gelatine für die Deckschicht ist es für die meisten Klimas erwünscht, auf der Deckschicht noch ein Sehutzglas anzubringen. Bei Anwendung der Erfindung kann dieses Schutzglas durchwegs entbehrt werden.
PATENTANSPRÜClHE:
I. Verfahren zur Herstellung eines optisehen Elementes, bei dem auf eine feste Un tersehieht eine aus durch Temperaturerniedri- gung gelatinierbarem Material bestehende Deckschicht mittels einer Form gegossen wird, wonach die Deckschicht gelatiniert, aus der Form entfernt und getrocknet wird, wobei die Form ein derartiges Profil hat, dass die freie Oberfläche der Deckschicht asphäriseh ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus einem in einer organischen Flüssigkeit zur Lösung gebrachten, in Wasser unlöslichen Stoff gegossen wird.
Process for manufacturing an optical element.
It is known to produce optical elements by pouring a cover layer consisting of material which can be gelatinized by lowering the temperature onto a solid lower layer by means of a mold, after which the cover layer is gelatinized, removed from the mold and dried, the mold having a profile such that the free surface of the cover layer is aspherical. The un shifts can then be removed, but mostly the I) ed and underlayer are used together as an optical element.
With the help of this method it is possible to produce aspherical surfaces with a high degree of accuracy, so that the manufactured elements are ideally suited for use in precision optics, especially in optical systems according to Schmidt, the element for correcting the spherical aberration of a spherical one Concave mirror is used.
Gelatin, agar-agar, pectin and also silicates and aluminum oxide have been proposed as gelatinizable substances for this purpose. Of these substances, gelatine has proven to be the best.
A disadvantage of using gelatine, however, is that the substance, after it has been dried, is not entirely insensitive to the moisture content of the environment. The sensitivity is low, but sufficient to affect the optical properties of the element. These disadvantages are particularly apparent in a climate of variable humidity.
These drawbacks are eliminated by applying the invention.
According to the invention, the cover layer is cast from a substance which has been dissolved in an organic liquid and is insoluble in water.
As already mentioned, the solution should be gelatinizable by lowering the temperature.
This is necessary because the solution, after pouring into the mold, has to be brought into the solid state and then the desired profile is created by drying.
Cellulose acetate butyrate and cellulose acetate propionate are particularly suitable. It is known (for example, Ind. Eng. Chem.
38 [1946] 9316) that the gelatinization of these substances, if they have been brought to solution in an organic liquid, for example in a mixture of toluene, xylene and 2-propanol, can advantageously be used for the production of thick, glossy layers of jacket.
The optical elements produced according to the invention are highly insensitive to moisture, so that their optical properties are practically constant.
In the phase of the manufacturing process in which the top layer is dried, only the solvent evaporates with the substances mentioned, without any enlargement of the alolecules with the associated influence on the optical properties. Since only drying takes place, the maximum reduction in thickness of the poured-on layer is achieved. This reduction in thickness is known to be important, as will be explained in more detail below, in order to achieve maximum accuracy in the final element. These advantages do not arise when optical elements are formed from polymerizing or condensing substances.
The liquid from which the cover layer is poured can of course also contain other substances, for example softeners such as tricresyl phosphate, with the aid of which the refractive index of the cover layer can be influenced, for example increased.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the accompanying drawing.
The figures are all sections according to planes extending through the optical axis of the element. The profile of the element as well as the profile of the die used in the manufacture is shown greatly exaggerated in these figures.
Fig. 1 shows an optical element according to the invention which consists of a single layer.
Fig. 2 shows a similar element which also has a glass underlayer.
Fig. 3 shows an apparatus for manufacturing the element in the first phase.
Fig. 4 shows the element in the following manufacturing phase.
The element 1 according to FIG. 1 consists of a substance which is soluble in an organic liquid and can be gelatinized by lowering the temperature, for example cellulose acetate butyrate, which is commercially available under the brand Tenite II; however, this substance is insoluble in water. The element has a flat and an aspherical surface.
The element according to FIG. 2 also has a glass plate 2 to which the cover layer 1 is firmly connected. The glass plate is designed plane-parallel here; however, it is possible to make one or both of the boundary surfaces spherical. It is well known that there are no great difficulties in grinding such spherical surfaces, in contrast to the grinding of aspherical surfaces. It should be noted that although a glass underlayer is being used in the present case, other transparent materials, for example synthetic resins, can also be used.
It is even possible to use opaque sub-layers if the optical element forms a mirror, since a reflective layer can also be applied to the cover layer, for example by vapor deposition of aluminum.
To produce the elements, the procedure shown in FIG. 3 can be followed.
A hollow metal die 3 is arranged above the lower layer 2. The underside of the die has the aspherical profile desired for the optical element to a greater extent. The die is provided with two tubes 4 and 5 through which a liquid can be passed through the die in order to heat or cool the latter. The gelatinizable liquid can be fed through a third tube 6.
This liquid can consist, for example, of 20 g of cellulose acetate butyrate in a mixture of 89 g of xylene (boiling point 130 to 140 g) and 18 g of 2-propanol. This solution is passed through the tube 6 onto the lower layer 2 at a temperature of about 600 ° C., the die also being heated up to 600 cm. The die is then cooled by passing water at 0 ° C. through it until the top layer 7 has been gelatinized.
The die is then lifted from the cover layer 7, which now has the surface indicated by 8 in FIG. 4. The layer is then dried, the shrinking practically exclusively taking place in a direction perpendicular to the lower layer.
Finally, the element has the final shape designated by 9. One advantage of this dissolution is that any errors in the die shape are greatly reduced and transferred to the final element.
After drying, the element is ready.
The edges can also be cut off if necessary, and a fitting can be arranged. When using gelatine for the top layer, it is desirable for most climates to add a protective glass to the top layer. When using the invention, this protective glass can be dispensed with throughout.
PATENT CLAIMS:
I. A process for the production of an optical element in which a cover layer consisting of material which can be gelatinized by lowering the temperature is poured onto a solid underside by means of a mold, after which the cover layer is gelatinized, removed from the mold and dried, the mold being such Profile has that the free surface of the cover layer is aspherical, characterized in that the cover layer is poured from a water-insoluble substance which is dissolved in an organic liquid.