DD231315A5 - Verfahren zum herstellen eines optischen elementes, vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens und nach diesem verfahren hergestelltes optisches element - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines optischen elementes, vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens und nach diesem verfahren hergestelltes optisches element Download PDF

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DD231315A5 DD85272586A DD27258685A DD231315A5 DD 231315 A5 DD231315 A5 DD 231315A5 DD 85272586 A DD85272586 A DD 85272586A DD 27258685 A DD27258685 A DD 27258685A DD 231315 A5 DD231315 A5 DD 231315A5
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Abstract

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes zu schaffen, wobei von einem Traeger mit einer sphaerischen Oberflaeche ausgegangen wird, wobei ohne Fuehrungsmechanismus eine gute gegenseitige Ausrichtung des Traegers und der Matrize erreicht werden kann und das Haertungsschrumpfen nicht zu Ungenauigkeiten fuehrt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kruemmungsradius des Traegers geeignet zu waehlen. Zum Herstellen monoasphaerischer Linsen wird auf einem Traeger mit einer sphaerischen Oberflaeche eine Kunststoffkorrekturschicht angebracht ("replica"-Technik). Dabei wird durch Verwendung der Kruemmung der Matrizenoberflaeche zentriert. Bei einer richtigen Wahl des Kruemmungsradius der Traegeroberflaeche naehert sich der Traeger der Matrize in der Naehe einer Sammlung auf einem Kreis liegender Biegepunkte in der Matrizenoberflaeche. Durch Anwendung des erfindungsgemaessen Verfahrens ist ohne Fuehrungsmechanismus eine gute Zentrierung moeglich. Ausserdem sind die Dickenunterschiede in der Korrekturschicht klein genug, um Schrumpffehler beim Aushaerten der Kunststoffschicht zu vermeiden. Fig. 1

Description

64 863 16
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes, Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und nach diesem Verfahren hergestelltes optisches Element
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes, das einen Träger mit einer sphärischen Oberfläche aufweist sowie eine auf dieser Oberfläche angebrachte Korrekturschicht aus Kunststoff, deren freie Oberfläche konvex asphärisch ist und eine auf einem Kreis liegende Sammlung von Biegepunkten aufweist, wobei nach diesem Verfahren der Träger in geringen Abstand von einer rotationssymmetrischen Matrize gebracht wird, die eine konkave asphärische Oberfläche hat mit einer auf einem Kreis liegenden Sammlung von Biegepunkten, wobei zwischen Matrize und Träger eine flüssige härtbare Kunststoffzusammensetzung gebracht wird, der Abstand zwischen Matrize und Träger auf einen gewünschten Endwert verringert wird, die Kunststoffzusammensetzung ausgehärtet und der Träger zusammen mit der damit verbundenen Korrekturschicht aus gehärtetem Kunststoff, deren freie Oberfläche eine negative Kopie der Oberfläche der Matrize ist, der Matrize entnommen wird«
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Die Erfindyng bezieht sich außerdem auf ein optisches Element mit einem transparenten Träger, der eine sphärische Oberfläche und eine auf dieser Oberfläche angebrachte Kunststoffschicht aufweist, deren freie Oberfläche konvex asphärisch ist und eine auf einem Kreis liegende Sammlung von Biegepunkten aufweist»
Das Verfahren kann zum Herstellen mono-asphärischer Linsen angewandt werden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die britische Patentschrift Hr, 1 301 551 beschreibt ein . Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes, wie dies obenstehend beschrieben ist, wobei von einem flachen oder sphärischen Träger ausgegangen wird, auf dem eine therrnohärtende Kunststoffschicht angebracht wird, beispielsweise zur Korrektur von Aberration· Der Dickenverlauf der Kunststoffschicht soll der gewünschten Korrektur entsprechen· Dabei kann in der Mitte des optischen Elementes eine positive und an dem Hand eine negative Krümmung notwendig sein. Zwischen denselben befindet sich dann eine Sammlung von Biegepunkten in der Oberfläche der Korrekturschicht·
Eine zu große Dicke der Kunststoffschicht führt zu üngenauigkeiten durch Schrumpfung beim Aushärten des Kunststoffes· Dadurch, daß der Träger mit einer Oberfläche versehen wird, die den gewünschten Verlauf der Korrekturschicht annähert, ist eine geringe Dicke der Korrekturschicht möglich, aber ein Träger mit einer sphärischen Oberfläche kann auf einfachere und genauere Art und Weise hergestellt werden als ein Träger mit einer Oberfläche mit einem vorgeschriebenen asphärischen Charakter·
Bei der Verwendung eines sphärischen Trägers ist es notwendig, daß die Matrize, die eine Abbildung der Korrekturschicht bilden soll, und der Träger gegenüber einander genau zentriert werden und zwar vor dem Aushärten des Kunststoffes· Dazu kann beispielsweise ein Kihrungsmechanismus verwendet werden, der die Matrize und den Träger in der gewünschten Lage hält·
In der oben genannten britischen Patentschrift wird ein thermohärtender Kunststoff verwendet* Das obenstehend beschriebene Verfahren kann auch bei einer Kunststoffzusammensetzung angewandt werden, die unter dem Einfluß von Licht, wie beispielsweise in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr» 2 637 257 beschrieben wurde, ausgehärtet wird.
Ziel der Erfindung
Die Erfindung hat nun zum Ziel, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes, wie obenstehend beschrieben, zu schaffen, wobei von einem Träger mit einer sphärischen Oberfläche ausgegangen wird, wobei ohne Führungsmechanismus eine gute gegenseitige Ausrichtung des Trägers und der Matrize erreicht werden kann und das Härtungsschrumpfen nicht zu Ungenauigkeiten führt·
Darlegung; des Wesens der Erfindung;
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Krümmungsradius des Trägers geeignet zu wählen·
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes, das einen Träger mit einer sphärischen Oberfläche aufweist sowie eine auf dieser Oberfläche angebrachte Korrekturschicht aus Kunststoff, deren freie Oberfläche konvex asphärisch ist und eine auf einem Kreis liegende Sammlung von Biegepunkten aufweist, wobei nach diesem Verfahren der Träger in geringen Abstand von einer rotationss;ymmetrischen Matrize gebracht wird, die eine konkave asphärische Oberfläche hat mit einer auf einem Kreis liegenden Sammlung von Biegepunkten, wobei zwischen Matrize und Träger eine flüssige härtbare Kunststoffzusammensetzung gebracht wird, der Abstand zwischen Matrize
und Träger auf einen gewünschten Endwert verringert wird, die Kunststoffzusammensetzung ausgehärtet wird und der Träger zusammen mit der damit verbundenen Korrekturschicht aus gehärteten Kunststoff, deren freie Oberfläche eine negative Kopie der Oberfläche der Matrize ist, der Matrize entnommen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche des Trägers derart groß ist, daß die^Kunststoffschicht in der Uähe der Sammlung von Biegepunkten eine minimale Dicke hat·
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß mit Mitteln versehen, um die Matrize und den Träger parallel zueinander auszurichten und nach dem Anbringen der Kunststoffzusammensetzung mit einer einstellbaren Kraft anzudrücken.
Das optische Element mit einem transparenten Träger, der eine sphärische Oberfläche und eine auf dieser Oberfläche angebrachte Kunststoffschicht aufweist, deren freie Oberfläche konvex asphärisch ist und eine auf einem Kreis liegende Sammlung von Biegepunkten aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, daß die Kunststoffschicht in der ÜJähe der Sammlung von Biegepunkten eine minimale Dicke hat·
Der Erfindung liegt die erworbene Erkenntnis zugrunde, daß der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche des Trägers innerhalb bestimmter Grenzen frei gewählt werden kann, wobei die Korrekturschicht auch zur Korrektur des Brennpunktabstandes dient· Y/enn der Krümmungsradius nach der Erfindung gewählt wird, nähern sich der Träger und die Matrize maximal in der Nähe einer Sammlung von Punkten, die auf einem Kreis mit einem nicht zu geringen Querschnitt liegen, so daß eine genaue Ausrichtung möglich ist. Eine derartige
genaue Ausrichtung wird nicht erreicht, wenn der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche des Trägers so klein ist, daß der Träger und die Matrize sich maximal nähern in der Iahe nur eines einzigen Punkten, etwa in der Mitte der Matrize und des Trägers. Auch wird in diesem Pail die Dicke der Korrekturschicht am Außenrand unerwünscht groß, wodurch beim Aushärten infolge von Schrumpfung Probleme entstehen· Wenn der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche des Trägers dagegen so groß ist, daß der Träger und die Matrize sich maximal in der Uähe des Außenrandes des Trägers nähern, so ist die genaue Ausrichtung möglich aber dann ist die Dicke der Korrekturschicht in der Mitte unzulässig groß. Auch dann treten Schrumpfprobleme auf.
Wenn die Punkte maximaler Uaherung des Trägers und der Matrize in der Mitte oder an dem Hand liegen, sind die Dickenunterschiede in der Korrekturschicht nahezu zweimal größer als wenn diese Punkte in der Uähe der Sammlung von Biegepunkten liegen·
Ausführungsbeis-piel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Vergleichungsbeispiele sind im folgenden näher beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 : einen Schnitt durch einen Träger und eine Matrize nach der Erfindung;
Pig. 2: einen Schnitt durch einen Träger mit einer Korrekturschicht nach der Erfindung;
Pig. 3: einen Schnitt durch einen Träger und eine Matrize nicht nach der Erfindung;
Fig· 4ϊ einen Schnitt durch einen Träger und eine Matrize nicht nach der Erfindung;
Pig. 5: einen Schnitt durch einen Träger und eine. Vorrichtung nach der Erfindung»
In der Zeichnung zeigt Fig· 1 einen Schnitt durch eine Matrize 1, beispielsweise aus Glas oder aus einem Metall, deren Oberfläche 2 zu der gewünschten Oberfläche der Korrekturschicht komplementär ist. Der Träger 3, der beispielsweise aus Glas oder aus einem transparenten Kunststoff hergestellt sein kann, weist eine sphärische Oberfläche 4 auf· Zwischen die Oberfläche 2 und 4 wird eine Menge einer flüssigen härtbaren Kunststoffzusammensetzung gegeben, wonach der Abstand zwischen Matrize und Träger auf einen Minimalwert verringert wird, wonach die härtbare Kunststoffzusammensetzung ausgehärtet wirdi» Die flüssige härtbare Kunststoffzusammensetzung kann zwischen der Matrize und dem Träger angebracht werden, nachdem diese einander gegenüber gestellt sind, aber es ist zweckmäßig, die härtbare Kunststoffzusammensetzung in Form eines Tropfens auf dem Träger oder auf der Matrize anzubringen, wonach die Matrize bzw· der Träger auf den Flüssigkeitstropfen gebracht und mit geringer Kraft angedrückt wird.
Die Wahl der härtbaren Kunststoffzusannnensetzung wird bestimmt durch Anforderungen, die an die Korrekturschicht gestellt werden, beispielsweise was die Härtes die Lichtdurchlässigkeit und die Brechzahl anbelangt. Geeignete Ausgangsmaterialien sind monomere oder oligomere Akrylate, beispielsweise der Diglyzidyläther von Bisphenol A, wobei als Initiator ©< to{-Dimethoxy-c^-Phenyl—Acetophenone verwendet v/erden kann. Dieser Kunststoff kann unter dem Einfluß
γοη UV-Licht zum Aushärten gebracht v/erden, beispielsweise durch Bestrahlung während 1 Minute mit Licht einer Mitteldruckquecksilberdampfentladungslampe mit einer "/ellenlange von 360 nm.
3?ig· 2 zeigt einen Schnitt durch den Träger 3 mit einer Korrekturschicht 5» deren Oberflsiche 6 die gewünschte asphärische ^orm aufweist. Der Durchmesser des Trägers 3 kann beispielsweise 5 nun betragen. Wenn in diesem Fall ein Gewicht von 30 g verwendet wird,um den Träger 3 und die Matrize 1 beim Aushärten der Kunststoffschicht 5 anzudrücken, wird die kleinste Dicke der Karekturschicht 5 nach dem Aushärten etwa 1 /um betragen (in der Uahe der Sammlung von Biegepunkten) und zwar infolge von Kapillarkräften. Die größte Dicke beträgt in diesem l?all in der Mitte 7 bis 15/um und am Außenrand der Korrekturschicht 5 etwa 15/um.
Der gewünschte Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche des Trägers 3 nach der Erfindung kann auf einfache Weise aus einer Zeichnung oder experimentell ermittelt werden, wobei eine Genauigkeit von einigen/um notwendig ist. Sine Prüfung der Stelle, wo die Kunststoffschicht die geringste Dicke hat, ist beispielsweise durch Messung von Interferenzringen möglich·
Pig· 3 zeigt einen Schnitt durch eine Matrize 1 und einen Träger 7, beide nicht nach der Erfindung, der eine Oberfläche aufweist mit einem derart geringen Krümmungsradius, daß die Matrize 1 und der Träger 7 sich in der Uähe der Mitte der Matrize 1 und des Trägers 7 maximal nähern· Die Dicke der Korrekturschicht ist am Außenrand etwa zweimal größer als in dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.· Die gegenseitige Lage der Matrize 1 und des Trägers 7 ist nicht genau bestimmt, weil eine laterale Verschiebung des
Trägers 7 gegenüber der Matrize 1 möglich ist, es sei denn, daß die beiden mit sehr großer Kraft angedrückt werden,
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Matrize 1 und einen Träger 8, beide nicht nach der Erfindung, der eine Oberfläche aufweist mit einem derart großen Krümmungsradius, daß die Matrize 1 und der Träger 8 sich in der Hähe des Außenrandes des Trägers 8 maximal nähern· Die Dicke der Korrekturschicht 5 ist in der Mitte etwa zweimal größer als in den Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, wodurch beim Aushärten die Kunststoffschicht 5 in der Mitte stark schrumpft, wobei Oberflächenunregelmäßigkeiten entstehen können.
· 5 zeigt (nicht maßgerecht), einen Schnitt durch einen Träger und eine Vorrichtung nach der Erfindung· Eine lichtdurchlässige Matrize 9 ruht auf einer ringförmigen Tragevorrichtung 10, Über der Matrize 9 befindet sich ein Träger 3 mit einer Oberfläche mit einem Krümmungsradius nach der Erfindung· Zwischen der Matrize 9 und dem Träger befindet sich eine Menge einer flüssigen härtbaren Kunststoff zusammensetzung 5· Der Träger wird durch eine Platte angedrückt, die parallel zu der Tragevorrichtung 10 liegt und die zwischen Führungen 12 gegenüber der Tragevorrichtung 10 verschoben werden kann. Die Platte 11 wird mit einer genau bestimmten Kraft gegen den Träger 3 gedrückt, beispielsweise mittels eines Gewichtes 13· Die flüssige härtbare Kunststoff zusammensetzung 5 kann durch Beleuchtung mit einer UV-Lampe 14' ausgehärtet werden, wobei das Licht durch die Matrize 9 hindurchgeführt wird.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, eine Matrize zu verwenden, die nicht lichtdurchlässig ist· In diesem Fall kann das Licht durch den Träger
der Kunststoffzusammensetzung zugeführt werden, Außerdem ist es möglich, eine Kunststoffzusammensetzung zu verwenden, die unter dem Einfluß von Wärme ausgehärtet werden kann·

Claims (3)

  1. -10-Erfindungsanspruch
    1« Verfahren zum Herstellen eines optischen Elementes, das einen Träger mit einer sphärischen Oberfläche aufv/eist sowie eine auf dieser. Oberfläche angebrachte Korrekturschicht aus Kunststoff, deren freie Oberfläche konvex asphärisch ist und eine auf einem Kreis liegende Sammlung von Biegepunkten aufweist, wobei nach diesem Verfahren der Träger in geringen Abstand von einer rotationssymmetrischen Matrize gebracht wird, die eine konkave asphärische Oberfläche hat mit einer auf einem Kreis liegenden Sammlung von Biegepunkten, wobei zwischen Matrize und Träger eine flüssige härtbare Kunststoffzusammensetzung gebracht wird, der Abstand zwischen Matrize und Träger auf einen gewünschten Endwert verringert wird, die Kunststoffzusammensetzung ausgehärtet wird und der Träger zusammen mit der damit verbundenen Korrekturschicht aus gehärtetem Kunststoff, deren freie Oberfläche eine negative Kopie der Oberfläche der Matrize ist, der Matrize entnommen wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche des Trägers derart groß ist, daß die Kunststoffschicht in der Uähe der Sammlung von Biegepunkten eine minimale Dicke hat.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß diese mit Mitteln versehen ist, um die Matrize und den Träger parallel zueinander auszurichten und nach dem Anbringen der Kunststoffzusammensetzung mit einer einstellbaren Kraft anzudrücken.
  3. 3. Optisches Element mit einem transparenten Träger, der eine sphärische Oberfläche und eine auf dieser Oberfläche an-
    gebrachte Kunststoffschicht aufweist, deren freie Oberflächen konvex asphärisch ist und eine auf einem Kreis liegende Sammlung von Biegepunkten aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die Kunststoffschicht in der Uähe der Sammlung von Biegepunkten eine minimale Dicke hat·
    Hierzu 1 Seite Zeichnungen
DD85272586A 1984-01-18 1985-01-15 Verfahren zum herstellen eines optischen elementes, vorrichtung zum durchfuehren des verfahrens und nach diesem verfahren hergestelltes optisches element DD231315A5 (de)

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