CN85102009A - 层压式光学元件 - Google Patents

Abstract

层压式光学元件，例如一个非球面形透镜，包括一个由透明无机材料制造的支承部件，并至少在一侧有一层特定的、由辐射，如紫外线辐射固化的组合物组成的清漆层。

Description

本发明涉及一个层压式光学元件，它包括有一个由一种透明无机材料制成的支承部件，并至少在其一个侧面上有一层辐射-固化的清漆，清漆层的自由表面具有一个规定形状。

这样一个元件在以申请人名字申请的荷兰专利公开说明书8104588（PHN    10    173）中已被公开。

本发明的目标是要提供一个高精度的高级光学元件，它的质量经过许多年仍被保持在高的标准上，而且可以通过迅速而廉价的方式被制造。

申请人发现，层压式光学元件的质量很大程度上取决于所用的清漆在固化和非固化二种情形下的性质。而且，清漆的性质必须准精地与制造支承部件材料的性质一致。

根据这样一个作为发明基础的认识，清漆必须满足一系列的要求。例如，在固化的情形里，清漆必须很容易粘在支承部件上，一个与清漆共聚的适当的粘胶剂是γ-异丁烯酰丙取三甲氧硅烷。该粘合剂必须能够长期忍受温度的波动和湿度。固化了的清漆层不能被大气（空气中的成份）或被像会从支承部件扩散到清漆层中的Na⁺和K⁺离子这样的成份腐蚀，固化了的清漆层必须没有或者没有显著的应力，并必须具有n₀＝1.56较高的折射率或更高。

在固化期间，收缩要小，其数量大小按体积计为百分之几，此外，良好的抗变形，良好的硬度及抗擦伤能力也是很重要的，在没有固化的情形中，清漆必须具有最好是20℃时为2-4泊·秒的粘度，而且必须很容易固化，固化时间至多是1分钟，并且最好在2-20毫焦尔/厘米²的照射强度下（λ＝300-400微米）至多10至20秒。

本发明提供了一个在开始第一段中讲到过型式的层压式光学元件，它具有持久的高级质量，特别是它所用的清漆满足了上述的一系列要求。

按照本发明，它是由这样一个层压光学元件实现的，这个光学元件的特征在于其清漆按重量计至少包括有50%付合结构式

的一个化合物，其中R₁是氢原子或甲基基团，R是付合结构式

-O-R₂-，（2）

或-O-R₃-O-R₄-（3）

的一个基团，其中R₂是具有2-8碳原子并可为一个或多个羟基基团替代了的亚烯基基团，R₃和R₄可以相同也可以不同，每个代表了具有1-4碳原子的亚烯基基团，而m＝0或1。

符合本发明的高级光学元件通过利用本身是公知的复制工艺制造的，这种工艺提供了一种迅速和廉价的成批生产光学元件的方法，在这种复制工艺中，采用了一个具有准确规定了表面形状、如球面的模子（原阴模），在模子的表面上放少量可辐射固化、如紫外线固化的清漆，支承部件被压靠模子或相反，模子被压靠支承部件，清漆就分布在支承部件和模子之间。也可以不是在模子上，而是在支承部件面对模子的表面上放少量的清漆，在这后一种情况里，基于分别将支承部件和模子压靠到模子表面和支承部件的表面，清漆也被分布在支承部件和模子之间。清漆然后由辐射固化，支承部件以及连在其上的固化清漆层被从模子或阴模上取下。清漆层的自由表面是模子表面的反面。

用于符合本发明元件上的清漆具有以下的优点：在将该元件从模子上脱开后，清漆层的自由表面具有持久而完美的光学质量。这表明该表面具有平滑的质地，表面不平度至多为0.02微米。

支承部件最好由透明的无机氧化物或硫族化合物制成。本文中的例子是玻璃，石英玻璃，氧化锆和三硫化砷。

支承部件近靠清漆层的表面最好具有容易由磨削或抛光工艺加工的形状。而且，其形状要使清漆层厚度的差别尽可能地小。非球面光学元件可被提出作为例子，其清漆层的自由表面当然是非球面的，支承部件的表面例如是球形的，它具有使在清漆层表面上测量的清漆层厚度的差别尽可能小的曲率半径，具有一个球形表面的支承部件要比一个具有非球形表面的支承部件简单和容易制造得多。根据上面这个例子，如果不存在清漆层，那么一个非球形表面的支承部件就将是必不可少的。

本发明的光学元件中最好利用折射率相等或大体相等的支承部件和固化的清漆层。用这种方法就实现了不需要准确地规定支承部件或支承板靠清漆层表面的形状。

这表明如在上面的例子中，所说的表面不需要是严格球面的，因而不再需要精密的磨削和抛光方法，这就节约了费用。

符合前面给出的结构式（a）的化合物是一种已知物质，该物质通过先将双苯酚A烷氧基化成为结构式为

的一个化合物，其中R和m具有与前面一样的含意，再通过与（异）丁烯酸、（异）丁烯酰氯或由相应的甲基酯重新酯化被转换成它们的（异）丁烯酸二酯。

合适的化合物的例子被给出如下：

最好采用符合结构式（4）的化合物。付合结构式（7）-（10）的化合物是固体或者非常粘滞的物质，被稀释或溶解在一个使单体丙烯酸酯，单体异丁烯酸酯或N-乙烯吡咯烷酮共聚的活性溶剂中。

在发明的另一个最佳形式中，清漆由结构式（1）的一个化合物和一个芳香族单体丙烯酸酯的混合物组成，合适的芳香族单体丙烯酸酯的例子是满足结构式

-O-CH₂-CH₂-O-CO-CH＝CH₂（13）

的苯氧基丙烯酸乙酯。

芳香族单体丙烯酸酯与例如，脂族丙烯酸酯相比，在固化后具有更高折射率的优点。

稀释剂的量按重量计可以在4至45%之间变化。

除了结构式（1）的化合物以及需要时，一种稀释剂之外，清漆还包括通常用的添加剂，例如按重量计其量为0.1-0.8%的光敏引发剂。一个合适的引发剂是缩酮，如联苯酰二甲基缩酮，或芳香族羰基化合物，如苯偶姻-异丁醚。清漆也可以具有一个稳定剂，如按重量计其量在0.01至0.05%的单体甲醚或对苯二酚或者具有促凝剂、如按重量计其量为0.3%的甲二羟乙基胺。

用于符合本发明光学元件上的清漆的高折射率对达到高级光学质量是很重要的。对于具有非球形表面的透镜，此外还有，在较高的折射率下，非球面性较低。因此清漆层厚度的差别更小。这样就方便了光学元件的制造，阴模的制造也更为简单。

符合本发明的层压光学元件例如可以是一个非球面的透镜，如一个准直仪的透镜或一个物镜，光栅，波束分离器，棱镜或反射镜。

要注意到，根据像日本专利申请书JP    162443（1980）和JP    002937（1981）完全由塑料来制造一个特别是用作眼镜的简单透镜是公知的，采用了包含有单体的共聚物或混合物的可紫外线固化的或热固化的组合物。所说清漆的一些组份是以由双酚A衍生的丙烯酸酯或（异）丙烯酸甲酯为基础的。在这些出版物中，作为本发明基础的问题，如无机材料支承部件与高级光学元件中特别薄的固化了的清漆层之间的相互作用与匹配，根本不起任何作用。按照上面提到的出版物，其中采用了注模工艺的制造镜片的方法也完全不同于按本申请制造层压光学元件的复制工艺。

借助于以下具体实施例和附图，对发明作更详细的说明。

图1是制造层压式非球面透镜装置的截面图，及

图2是由图1所示装置制造的非球面透镜例子，准直仪透镜的制造

图1中参考数字1表示一个模子，由石英玻璃制造并具有一个非球形的表面2。在表面2上放有图上没有显示出来的分离剂，然后放一滴以下成份组成的可紫外线固化的清漆3∶该组份按重量计96%是结构式（4）的一个化合物，可根据商品名Diacryl    101购得，4%的引发剂（联苯酰二甲基缩酮）。

这种清漆的粘度在20℃时是3泊·秒，一个玻璃支承部件具有一层图上没有显示的胶粘剂，如γ-异丁烯酰丙取三甲氧硅烷，支承部件有一个球形表面5，部件4借助于压力板6朝靠近模子1的非球形表面2移动直至达到虚线T表示的位置为止。在球形表面5与非球形表面2之间的距离在10微米（最小距离）到11微米（最大距离），在玻璃支承部件4运动期间，液滴3就分布到非球形表面2上，在支承部件4的最后位置上，支承部件和模子1之间的空间为清漆滴3填满，清漆层由在300-400微米上总光能量为100毫焦尔/厘米²、通过模子1的紫外线照射15分钟。在固化期间，发生清漆微小的收缩，其数量级按体积计为百分之几，在清漆固化后，支承部件和连接于其上固化了的清漆层被从模子1上取下，所得到的准直仪透镜被表示在图2上，在图2中，对相应的元件采用了图1中一样的参照数字。图2所示的准直仪透镜具有一个平的表面9，一个圆柱形表面10和一个是模子1非球形表面页翻版的非球形表面11，图2上所示的准直仪透镜具有极好的光学质量，将发散光束6形成一个准直的光束，图上只画出了波束6边缘的射线，也就是刚刚通过光孔口边缘的射线。

入射在透镜平表面9上的射线被朝向光学轴0-0′折射，然后穿过层压透镜的部件4，8并进一步由非球形表面11朝向光学轴折射，形成一平行光束，清漆层8具有极好的硬度和抗刮擦能力，并且耐温和耐气候。

勘误表    CPCH856083

Claims (3)

1、一个层压式光学元件，包括一个由透明无机材料制成的支承部件，并至少在一侧有一层辐射固化的清漆层，该层的自由表面具有一个规定好的形状，其特征在于：清漆层按重量计至少包括50%付合结构式

的一个化合物，其中R₁是氢原子或甲基基团，R是满足结构式

-O-R₂(2)

或-O-R₃-O-R₄(3)

的一个基团，其中R₂是具有2-8碳原子的可被一个或多个羟基基团替代了的亚烯基基团，R₃和R₄可以相同或不同，而且每个代表了具有1-4碳原子的亚烯基基团，而m=0或1。

2、一个如权利要求1规定的层压光学元件，其特征在于：该化合物满足结构式

3、一个如权利要求1规定的层压光学元件，其特征在于：该清漆由结构式1的一个化合物与一个芳香族单体丙烯酸酯的混合物组成。

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