DE2355091A1

DE2355091A1 - Verfahren zur herstellung optischer elemente

Info

Publication number: DE2355091A1
Application number: DE19732355091
Authority: DE
Inventors: Harry Howden
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-11-22
Filing date: 1973-11-03
Publication date: 1974-05-30
Also published as: GB1364393A; JPS4984260A; US3922327A; FR2221408A1

Description

GDNTI-FFR M. DAVID . „r_Cnai-

Rood/VA / VJM,

PHB-32.290 27-8-1973.

Anmeldung vomi 2. NOV· 1973

Verfahren zur Herstellung optischer Elemente·

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren ' zur Herstellung optischer Elemente. Die Herstellung asphe— rischer und anderer optischer Elemente hoher Güte aus Glas kann zeitraubende und von hochgeschultem Personal von Hand durchzuführende Vorgänge umfassen.

Um die Notwendigkeit eines grossen Teiles

dieser von geschultem Personal durchzuführenden Arbeit zu beseitigen, 1st in der britischen Patentanmeldung 37352/71 ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einer unbearbeiteten Platte aus einem lichtdurchlässigen Material vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die unbearbeitete Platte mit einer* Oberfläche in der Nähe einer Pressfläche abgestützt wird, die ein Profil

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aufweist, das eine' Vergrösserung eines erforderlichen op tischen Profils in einer zu der genannten einen Oberfläche senkrechten Richtung ist, dass das Gebiet zwischen den genannten Oberflächen mit einem haftenden Kunststoffmaterial gefüllt wird, von dem bekannt ist, dass es beim Aushärten um einen vorher bestimmten Betrag schrumpft, dass das Kunststoffmaterial haftend an den beiden genannten Oberflächen ausgehärtet wird, so dass die unbearbeitete Platte verformt wird, dass die andere, äussere, Fläche der unbearbeiteten Platte optisch flach gemacht wird, und dass die .bearbeitete Platte von dem Kunststoffmaterial gelöst wird, wobei der Vergrösserungsfaktor des Profils der Pressfläche eine inverse Funktion des Schrumpfprozentsatzes des genannten Kunststoffmaterials ist, aber nicht genügend gross ist, um eine Verformung der Platte ausserhalb ihrer Elastizitätsgrenzen herbeizuführen.

Bei¹ diesem obengenannten Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements ist das genannte optische Profil das Profil der Pressfläche, das seinerseits das Negativ (multipliziert mit dem Vergrösserungsfaktor) des Profils ist, das die bearbeitete Fläche der Platte annimmt, wenn die Platte von dem gehärteten Kunststoffmaterial gelöst wird. Infolgedessen Aireist, wie aus der Fig.. 1 der Beschreibung der vorerwähnten Patentanmeldung hervorgeht, das (negative) Pressflächenprofil für eine Schmidt-Korrekturplatte einen konvexen Aussenrand auf. Es wurde gefunden, dass unglücklicherweise das Vorhandensein eines konvexen

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Aussenrandes auf dem Pressflächenprofil praktische Schwierigkeiten ergeben kann, wenn eine befriedigende Abdichtung erhalten werden soll, um das anfänglich riichtgehärtete Kunststoff material in dem Gebiet zwischen dem Pressflächenprofil und der gegenüberliegenden Fläche der Platte zu halten.

Die Erfindung schafft ein anderes Verfahren

zur Herstellung optischer Elemente, bei dem eine unbearbeitete Platte aus Glas oder .einem anderen geeigneten lichtdurchlässigen Material verformt wird, wobei insbesondere die Anwendung eines Pressflächenprofils mit einem konvexen Aussenrand bei der Herstellung einer Schmidt-Korrekturplatte vermieden wird.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur

Herstellung eines optischen Elementes aus einer unbearbeiteten Platte aus lichtdurchlässigem Material dadurch gekennzeichnet, dass diese Platte mit einer Fläche abgestützt wird, die einer Pressfläche zugekehrt und mit dieser Pressfläche in Berührung oder dieser Fläche nahe ist, welche Pressfläche ein Profil aufweist, das in einer zu der genannten Fläche senkrechten Richtung eine Vergrösserung eines erforderlichen optischen Profils für das optische Element ist, dass das Gebiet zwischen den. genannten Flächen mit einem haftenden Kunststoffmaterial gefüllt wird, das beim Aushärten um einen vorher bestimmten Betrag schrumpft, dass das Kunststoffmaterial an den beiden genannten Flächen haftend ausgehärtet wird, so dass die Platte verformt wird, dass die andere, äussere Fläche der verformten Platte an

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einer Stützfläche befestigt wird, dass die genannte erste Oberfläche der Platte von dem gehärteten Kunststoffmaterial gelöst wird, wobei die Platte durch die genannte Stützfläche im verformten Zustand gehalten wird, dass die genannte erste Fläche der Platte optisch flach gemacht wird, und dass die bearbeitete Platte von der genannten Stützfläche entfernt wird, wobei der Vergrösserungsfaktor des Pressflächenprofils eine inverse Funktion des Schrumpfprozentsatzes dos genannten Kunststoffmaterials ist, aber nicht genügend gross ist, um eine Verformung der Platte ausserhalb ihrer Elastizitätsgrenzen herbeizuführen.

Nach der vorliegenden Erfindung ist das Pressflächenprofil dasselbe Profil (multipliziert mit dem Vergrösserungsf aktor) wie das erforderliche optische Profil für das optische Element und nicht, wie bei dem in der vorerwähnten britischen Patentanmeldung beschriebenen Verfahren, das Negativ des letzteren Profils. Infolgedessen weist das für die Herstellung einer Schrnidt-Korrekturplatte erforderliche Pressflächenprofil nicht einen konvexen Aüssenrand auf, weil es dasselbe Profil (multipliziert mit dem Vergrösserungsf aktor) wie das erforderliche Korrekturplattenprofil ist_T

Das Verfahren nach der Erfindung weist dieselben Vorteile wie das Verfahren nach der vorerwähnten britischen Patentanmeldung im Vergleich zu dem mit Hilfe eines Vakuumrahmens durchgeführten und in der genannten Anmeldung erwähnten Verfahren auf. Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemässen Verfahren viel steilere Kurven

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als bei dem bekannten mit Hilfe eines Vakuumrahmens durchgerührten Verfahren bei der Herstellung eines optischen Elements erhalten werden, weil der «Druck, der zur Verformung einer unbearbeiteten Platte von dem haftenden Kunststoff-.material auf diese Platte ausgeübt werden kann, viel grosser als atmospherischer Druck ist. Auch können wegen des zugenommenen verfügbaren Druckes unbearbeitete Platten grösserer Festigkeit (d.h. mit einem grösseren Verhältnis zwischen Dicke und Durchmesser) verwendet werden. Ausserdem wird die Profilgenauigkeit eines optischen Elements durch zwei Ursachen verbessert. Erstens kann das vergrösserte Pressfläehenprof11 genau geformt werden, z.B. dadurch, dass dieses Profil durch eine spanabhebende Bearbeitung auf einer Fläche eines festen Metallblockes angebracht wird, statt, wie bei dem mittels eines Vakuumrahmens durchgeführten Verfahren, Abstützungen zu verwenden, die eine ausführliehe Berechnung und viele Experimente erfordern, um einen optimalen Kompromiss in bezug auf das Profil zu erhalten. Zweitens werden etwaige Fehler in dem Pressflächenprofil durch den Vergrösserungsfaktor im optischen Profil des hergestellten optischen Elements herabgesetzt.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 bis h schematisch das zur Herstellung einer Schmidt-Korrekturplatte angewandte Verfahren nach der Erfindung.

In Fig. 1 besitzt ein fester Pressblock M eine

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Pressfläche S mit einem Profil, das eine Vergrössorung eines erforderlichen optischen Profils für eine Schmidt-iiorrekturplatte, d.h. eine Vergrösserung des auf der Platte zu bildenden optischen Profils, ist. Der Vergrösserungsfaktor des Pressflächenprofils liegt vorzugsweise zwischen 10 und Eine unbearbeitete aus Glas oder einem anderen geeigneten lichtdurchlässigen Material bestehende Platte B wird derart angeordnet, dass eine Fläche dem Block M zugekehrt und mit diesem Block in Berührung ist. Der auf diese Weise zwischen der unbearbeiteten Platte B und der Pressfläche S gebildete Spalt infolge des Profils der letzteren Fläche wird dann mit einem Kunststoffmaterial R gefüllt, das die Eigenschaften aufweist, dass es beim Aushärten um einen vorher bestimmten Betrag (2 bis 3 $>) schrumpft und auch an der unbearbeiteten Platte B sowie an dem Block M (deren betreffende Oberflächen vorher erforderlichenfalls auf bekannte Weise behandelt werden) in genügendem Masse haftet, um zu vermeiden, dass die Verbindung unter dem Druck zerstört wird, der in einer zu der Platte B senkrechten Richtung infolge der Schrumpfung des Kunststoffmaterials beim Aushärten ausgeübt wird. Nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials wird die Platte B auf die dargestellte Weise verformt, wonach die untere Fläche Bs der Platte B ein Profil aufweist, das dem Schrumpfungsfaktor des Kunststoffmaterials R und dem Profil der Pressfläche S gerade umgekehrt proportional ist. Wenn sich die Platte infolge ihrer Verformung in einem Zustand induzierter Spannung befindet, wird ein fester Block

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D (Fig. 2) über der Platte B angeordnet und wird die obere Fläche Bs¹ der Platte B an der gegenüberliegenden Fläche Ds des Blocks D befestigt. Vorzugsweise \tfird zur Befestigung der Plattenfläche Bs' an der Blockfläche Ds ein gleichartiges Kunststoffmaterial wie das Kunststoffmaterial R verwendet, wobei dieses Kunststoffmaterial R¹ auf der Plattenoberfläche Bs¹ angebracht wird, bevor der Block D positioniert wird.

Nach dem Aushärten des Kunststoffmaterials R¹ wird die Platte B, an der der Block B befestigt ist, von der Matrize M dadurch abgetrennt, dass eine gesonderte Kraft ausgeübt wird, die spezifisch höher als die -Haftkraft zwischen dem ausgehärteten Kunststoffmaterial R und der Platteiioberflache Bs ist, oder auf andere Weise, wie durch Zuführung von Värme, je nach dem verwendeten Typ des Kunststof fmaterials. Nach dieser Abtrennung wird die Platte B durch ihre fortgesetzte Haftung an der (Stütz)Fläche Ds im verformten Zustand gehalten. Die drei gelegte^Fläche Bs der Platte B wird nun flachgeschliffen und -poliert, wodurch die Fläche Bg gebildet wird, wonach die Platte B von dem Block D auf gleiche ¥eise abgelöst wird wie er von der Matrize M abgetrennt wird. Nach der Entfernung wird die Verformung der Platte B beseitigt und nimmt die bearbeitete (vorher ebene) Fläche Bg das optische Profil für eine Schmidt-Korrekturplatte nach Fig. k an.

Für optische Elemente, deren endgültige Krümmung stark ist, d.h. für Schmidt-Korrekturplatten mit grosser

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.Apertur (;f1,0 und kloiiinr), muss rlio Platte B flürm >^:in und z.B. für eine Π.O-Korrekturplatte eine Dicke von 1 nun aufweisen. Daher kann für solche optische Elemente, die für Zwecke angewandt worden, die eine mechanische Haltbarkeit erfordern, eine flache Stützplatte II aus lichtdurchlässigem Material (z.B. aus Glas) an der flachen Oberfläche dos endgültigen Elements unter Verwendung eines transparenten Kunststoffes befestigt werden (Fig. k).

Die Kombination des SchrumpfProzentsatzes dos

Kunststoffmaterials R mit dem Vergi^össorungsfaktor des Pressflächenprofils muss derartig sein, dass keine Verformung der Platte B aus.serh.alb ihrer Elastizitätsgrenzen liorbeigeführt

Das Kunststoffmaterial ist vorzugsweise ein Epoxydharz mit einem Härtungsniittel, z.B. ein Bisphonol-A-Epoxydharz mit einem Epoxyäquivalent von 5 bis 5 · '~/kg (wie ClBA, MY 750) und ein hydroxylalkyliertes Polyaminhärtuiigs— mittel (wie HY 956)· Ein solches Ejooxydharz schrumpft um 2 bis 3 fo beim Aushärten.

Der Pressblock M ist vorzugsweise ein fester Metallblock, auf dem das erforderliche'Profil der Press— fläche S durch übliche spanabhebende Bearbeitungen angebracht ist.

Die Obex-flachen der Platte B, der Matrize M

und des Blocks D, an denen das Kunststoffmatorial haften muss, sind vorzugsweise mit einem TrockfUifilmontfcriiungsmittel, z.B. einem" Gemisch von Wachsen und »Silikonen (wie

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ROCOL 7)1 vor dem Pressvorgang überzogen. Bei Anwendringeiries Entfex'nungsmittels und eines Epoxydharzes mi fc Här-

tungsmittel der obengenannten Τ^φοη hat sich herausgestellt, dass sich die verschiedenen Flächen leicht von dem ausgehärteten Kunststoff dadurch abtrennen lassen, dass diese Abtrennung mit einem scharfen Keil (z.B. einem Rasiermesser) gestartet und dass dann von Hand das Material abgeschält wird.

Vorzugsweise werden Glas oder glasartige Werkstoffe (Silikate) für die unbearbeitete Platte wegen ihrer niedrigen ¥ärnioausdslinungskoeffizienten verwendet. Titansilikat ist besonders geeignet, weil es zwischen -50°C und +100⁰C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten gleich Null aufweist. Ein-schnelles Aushärten wird mit einem solchen Material möglich, weil es keine thermische Verzerrung gibt.

Alis der obeiisteilenden Beschreibung geht hervor, dass das Verfahren nach der Erfindung sich besonders vorteilhaft für die Herstellung optischer Elemente anwenden lässt, die ein optisches Profil aufweisen, das konkav oder wenigstens am Aussenrand konkav ist, wie in dem Falle einer Schmidt-Ivorrekturplatte, weil die Oberfläche Bs der Platte B mit dem Aussenrand der Pressfläche S in Berührung ist. Infolgedessen besteht eine "befriedigende Abdichtung, um das anfänglich ungehärtete Kunststoffmaterial R in einem Gebiet zwischen der Pressfläche S und der gegenüberliegenden Fläche Us der Platte B zu halten. Für andere P.ressf lächenproC'ilo kann es erforderlich sein, dass das genannte Gebiet

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von einem bmvofibn mn Oliod ho/rroiiz Ir v.ird, kIp «lins bei rl cm Vorfahren gemä.ss dor vororv.ühntoii britischen P 37352/71 der Fall ist.

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BAD ORiGiNAt

Claims

PfIB. 322')0. -11-" P A T E X T A XSPR U C H E .

1.) Voari'ahren zur Herstellung eines optischen

Elements aus einer unbearbeiteten Platte aus lichtdurchlässigem Material, dadurch gekennzeichnet, dass diese. Platte mit einer Fläche abgestützt witxl, die einer PressfIn ehe zugekohrt und mit dieser Pressfläeho in Berührung oder dieser Fläche nahe ist, .welche Prossfläche ein Profil aufweist, das in einer zu der genannten einen Fläche senkrechten Richtung eine Vergrösserung eines erforderlichen optischen Profils für das optische Element ist, dass das Gebiet zwischen den genannten Fltichen mit einem haftenden Kunststoffmaterial gefüllt wird, das beim Aushärten um einen vorher bestimmten Betrag schrumpft; dass das Ivuns fcs toffmaterial an den beiden genannten Flächen haftend ausgehiir tot wird,, so dass die Platte verformt wird, dass die andere, äussere, Fläche der verformten Platte an ■ einer Stützfläche befestigt wird, dass die genannte eine Oberfläche der Platte von¹dem gehärteten Kunststoffmaterial gelöst wird, wobei die Platte durch die genannte Stützfläche im .verformten Zxistalnd gehalten wird, dass die genannte eine Fläche der Platte optisch flach gemacht wird, und dass die beai-beitete Platte von der genannten Stützfläche entfernt wird, wobei der Vorgrösserungsfaktor des Pressflächenprofils eine inverse Funktion des SchrumpfProzentsatzes des genann- · ton Kunststoffmaterials ist, aber nicht genügend gross ist, um eine Vorformling der Platte ausserhalb ihrer Elastizitäts-,'{rnnzon liorbeizurühron.

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ⁿ · ^;- ^: - BAD ORK31NAL

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2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Pressfläche der verwendeten Matrize durch eine spanabhebende Bearbeitung auf einer Fläche eines festen Metallblocks angebracht wird.

3 · Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die verwendete Matrize eine Pressfläche besitzt, deren Profil einen Vergrösserungsfaktor zwischen 10 und 50 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffmaterial ver\irendet wird, das beim Aushärten um 2 bis 3 $ schrumpft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Kunststoffmaterial ein Epoxydharz ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte aus Glas oder einem glasartigen Werkstoff verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte aus Titansilikat verwendet wird,

8. Verfahren nach einem oder mehreren der voran—. gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine flache lichtdurchlässige St-ützplatte an der ebenen Fläche der bearbeiteten Platte befestigt wird.

9· Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte äussere Fläche der Platte an der genannten Stützfläche mittels desselben Kuns t st of f materials befestigt vlr-d

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wie für die Matrize verwendet ist,

10. Optisches Element, das durch ein Verfahren

nach einem oder mehreren der wrangehenden Ansprüche hergestellt ist.

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