DE2539839A1

DE2539839A1 - Verfahren zur herstellung von optischen kittgliedern

Info

Publication number: DE2539839A1
Application number: DE19752539839
Authority: DE
Inventors: Alban Claudio Dr Gerster; Wolfgang Steinbruechel
Original assignee: Wild Heerbrugg AG
Current assignee: Leica Geosystems AG
Priority date: 1974-09-12
Filing date: 1975-09-08
Publication date: 1976-04-01
Also published as: JPS5159645A; DE2539839B2; ATA688075A; JPS5523780B2; DE2539839C3; CH570347A5; AT346522B; FR2284574A1; FR2284574B1

Description

BE 16970

Wild Heerbrugg Aktiengesellschaft Heerbrugg

(Schweiz)

Verfahren zur Herstellung von optischen Kittgliedern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Kittgliedern, die aus mindestens zwei Teilen, insbesondere Linsen und/oder Prismen zusammengesetzt werden, wobei ein Kittmaterial zwischen die zu verkittenden Teile eingesetzt wird und durch das Andrücken der genannten Teile ein Wulst an ihren Rändern gebildet wird.

Die Herstellung von Kittgliedern mit Kunstharz-Kittschichten ist bekannt und hat sich in der Praxis der optischen Industrie bestens bewährt. Als Kitte dienen hierbei verschiedene Kunstharzkomponenten. Die Kunstharzkomponenten werden zwischen die zu verkittenden Teile, welche optische Linsen und/oder Prismen sein können, gegeben und bis zur gewünschten Schichtdicke ausgepresst. Die optischen Teile werden anschliessend zueinander zentriert, d.h., die optischen Achsen der einzelnen optischen Teile werden zur Deckung gebracht und nach dem Aushärten des Kittes auf diese Orientierung geprüft. Sollte sich diese Orientierung im Verlaufe des Aushärteprozesses geändert haben, so müssen die Linsen, bzw. Prismen, voneinander wieder getrennt werden. Dies ist mit grosser Mühe verbunden, wobei die opti-

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sehen Teile sehr leicht zerstört werden können. Das Aushärten der Kunstharzkomponenten geschieht in bekannter Weise durch Polyaddition, Polykondensation oder Polymerisation. Je nach verwendetem Kunstharztyp und je nach Arbeitsbedingungen (Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Strahlungseinflüsse u.s.w.) verläuft der Härtungsprozess der Kittschicht schneller oder langsamer. Unter Strahlungseinflüssen soll elektromagne-

2 25 tische Strahlung im Frequenzbereich von ca. 10 bis 10 Hz, Korpuskularstrahlung, elastische Wellen (Schallwellen) verstanden werden. Besonders die radikalische Polymerisation lässt sich durch die Verwendung von geeigneten Aktivatoren auch ohne zuschätzliche Beschleuniger und Härter mit Ultraviolettstrahlung in extrem kurzen Zeiten durchführen. Hierbei kann der Aushärtungsprozess durch Ausschalten der Strahlungsquelle jederzeit unterbrochen werden.

Bei hohen Härtungsgeschwindigkeiten, die in der Grössenordnung von weniger als einer stunde liegen, muss das Kittglied dauernd auf Einhaltung der geometrischen Orientierung der einzelnen optischen Teile zueinander geprüft werden. Durch diese Tätigkeit wird eine Bedienungsperson vollkommen in Anspruch genommen. Spannungen in der Kittschicht und in den zu verkittenden Teilen können dabei nicht vermieden werden. Denn die durch das Zentrieren hervorgerufene relative Verschiebung der einzelnen optischen Teile zueinander wird ab einem bestimmten Augenblick des Härtungsprozesses als sogenannte optische Schlieren in der Kittschicht "eingefroren". Dieser Anhärtungspunkt ist von den Kunstharzkomponenten der Kittschicht, von ihrer Dicke, der Raumtemperatur und von äusseren Strahlungseinflüssen abhängig. Der Anhärtungspunkt ist infolge der Verarbeitungstoleranzen nicht genau vorausbestimmbar. Die auf diese Weise verspannten Kittglieder ergeben eine durch Spannungsdoppelbrechung verursachte Deformatio der Wellenfront, so dass derartige optische Systeme unscharfe und kontrastarme Bilder erzeugen.

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Bei niedrigen Härtungsgeschwindigkeiten, die in der Grössenordnung von mehr als einer Stunde liegen, muss während der Aushärtung der Kittschicht die Zentrierung der optischen Teile zueinander in bestimmten Zeitabständen geprüft und gegebenenfalls korrigiert werden. Dies erfordert einen grossen Zeitaufwand.

Die eigentliche Prüfung der Qualität der verkitteten Teile kann erst im ausgehärteten Zustand der Kittschicht durchgeführt werden. Bei den fehlerhaft gekitteten Teilen ergibt sich der Nachteil, dass das Auskitten dieser gekitteten Teile ohne deren Beschädigung oft nicht möglich ist. Die unbeschädigten Teile können eventuell wieder zu einem neuen Kittglied zusammengesetzt werden. Die beschädigten Teile fallen als Ausschussware an.

In einigen Fällen werden die so gewonnenen optischen Kittglieder in Fassungen eingekittet, die entweder aus Metall oder aus Kunststoffmaterial bestehen. Das Kittglied und die Fassung werden in gleicher Weise zentriert wie bereits erwähnt bei der Herstellung der eigentlichen Kittglieder. Das Kittglied und die Fassung werden auf einer genau laufenden Spindel aufgenommen. Die Lage des Kittgliedes und der Fassung wird relativ zueinander so lange korrigiert, bis die optische Achse des Kittgliedes mit der Drehachse der Spindel zusammenfällt. Anschliessend werden die Aussenpartien der Fassung fertig bearbeitet. Damit erhält man gefasste Kittglieder, die eine gemeinsame optische und mechanische Achse haben. Der Nachteil dieses Herstellungsverfahrens besteht jedoch darin, dass die Fassung des Kittglieds mehrmals bearbeitet werden muss. Ausserdem besteht dabei die GefaTir einer Beschädigung des optischen Kittglieds.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zur Herstellung von gefassten und ungefassten Kittgliedern zu vermeiden und spannungsfreie Kittglieder mit hoher Produktionsrate herzustellen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- eine erste und normale Aushärtegeschwindigkeit der Kittschicht zwischen den Flächen der zu verkittenden Teile, welche Aushärtegeschwindigkeit nur abhängig ist von den Aushärte-Eigenschaften des Kittmaterials,

- eine zweite Äushärtegeschwindigkeit des Kittwulstes an den Rändern der zu verkittenden Teile, wobei die zweite Aushärtegeschwindigkeit durch die Bestrahlung einer ausserhalb der zu verkittenden Teile angeordnete Strahlungsquelle vergrössert wird gegenüber der ersten Äushärtegeschwindigkeit.

Das Prinzip der Erfindung ist darin zu sehen, dass bei ein und demselben Kittmaterial mindestens zwei unterschiedliche und voneinander vollkommen unabhängige Aushärtegeschwindigkeiten verwendet werden. Die höhere Aushärtungsgeschwindigkeit wird nur am Umfang der zu verkittenden Teile angewendet. Hierdurch wird die Position der zu verkittenden Teile sofort mechanisch fixiert. Schon während dieses Zustandes - d.h. bei einer noch weichen, tiefer liegenden Kittschicht- ist eine Prüfung des Kittglieds auf gute optische Qualität ohne weiteres möglich. Sollte sich wider Erwarten eine fehlerhafte Qualität ergeben, so können die gekitteten Teile ohne deren Beschädigung von Hand getrennt werden, da die tiefer liegende Kittschicht noch weich bzw. flüssig und unausgehärtet ist. Die tiefer

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liegende, weiche bzw. flüssige Kittschicht härtet mit einer wesentlich niedrigeren Aushärtegeschwindigkeit. Hierdurch ist die Herstellung von spannungsfrei gekitteten optischen Teilen ohne zusätzliche Inanspruchnahme des ^am Herstellungsprozess beteiligten Personals gewährleistet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

Eine Anordnung zur Erklärung des Herstellungsverfahrens eines ungefassten Kittgliedes j

Figur 2

in schematischer Darstellung ein gefasstes Kittglied.

Gemäss Figur 1 sollen die optischen Teile 1, 2, die in diesem Ausführungsbeispiel als optische Linsen ausgebildet sind, miteinander verkittet werden. Die optische Linse 1 wird mit ihrer einen Fläche mechanisch oder pneumatisch auf einen drehbar gelagerten Dorn 3 befestigt. Dieser Dorn ist an einer Spindel 31 angeordnet und wird durch ein Antriebsaggregat 32 in Rotationsbewegung gemäss dem Drehpfeil versetzt. Auf die andere Fläche der optischen Linse 1 wird der flüssige, auf eine bestimmte Strahlungsart sensibilisierte Kitt aufgetragen. Die optische Linse 2 wird auf diesen Kitt aufgelegt und unter Druck gegenüber der optischen Linse 1 so lange mit kreisförmigen Bewegungen verschoben, bis sich eine gleichmässigc blasenfreie Kittschicht 4 und der an den Linsenrändern austretende Kitt einen ringförmigen Kittwulst 5 bildet. Das in diesem Fall angewandte Kittmaterial enthält vorzugsweise eine oder mehrere Harzkomponenten wie z.B.:

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- einen, mit einem oder mit mehreren verschiedenen Monomeren verdünnten oder unverdünnten, ungesättigten Polyester,

- einen entsprechend modifizierten Epoxiharz,

- eine modifizierte Acrylharzlösung,

- einen modifizierten Isocyanatharz,

oder einer entsprechend modifizierten anderen Kunstharzkomponente, wobei optische Transparenz des ausgehärteten Materials nur bei der Herstellung ungefasster Kittglieder vorausgesetzt wird. Jede dieser Komponenten kann durch radikalische Polymerisation zur Reaktion gebracht werden. Solche Verfahren sind beschrieben in "Einführung in die Chemie und Technologie der Kunststoffe " von Franz Ruhe, Akademischer Verlag Berlin oder in "Methoden der organischen Chemie" (Houben-Weyl), 4. Auflage, herausgegeben von Eugen Müller, Tübingen, sowie in J.C. Bevington: "Radical Polymerisation", Academic Press, London/N.Y. 1961; B. Golding: "Polymers and Resins", D. van Nosprand comp., Princeton 1959 (744); P.J. Plory: "Principles of Polymer Chemistry", Cornell Univ. Press, N.Y., 1953 (672); F.W. Billmeyer jr.: "Textbook of Polymer Chemistry" Interscience Publishers, N.Y. 1957 (518); O.A. Battista: "Fundamentals of High-Polymers", Reinhold Publishing Corp., N.Y., 1958 (140).

Die beiden optischen Linsen 1, 2 werden auf bekannte Weise je nach Genauigkeitsansprüchen mechanisch oder optisch zentriert und durch eine nicht dargestellte Einrichtung zueinander fixiert. -Dieser Zentrierungsvorgang beginnt damit, dass der Antriebsmechanismus 32, der z.B. einen Elektromotor enthält, die Spindel 31 und somit den Dorn 3 in Drehbewegung bringt. Die Zentrierung erfolgt in der Weise, dass die optischen Achsen der beiden Linsen 1, 2 mit der Drehachse des Dorns

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übereinstimmen. Nach dieser Orientierung der Achsen wird der Blendenverschluss 6 geöffnet. Hierdurch gelangt die Strahlung von der Strahlungsquelle 7, welche z.B. eine Quecksilber-Hochdrucklampe mit der Markenbezeichnung "ST 41 Original Hanau" sein kann, über ein Kondensersystem 8 auf den ringförmigen Kittwulst 5 Das Kondensersysterc

kann z.B. ein Quarzkondensersystem sein. Selbstverständlich kann, wie bereits erwähnt, die Strahlungsquelle 7 ein anderer Typ sein. Diese Strahlungsquelle soll eine Quelle für elektro-

2 25 magnetische Strahlung im Bereich von 10 bis 10 Hertz oder eine Quelle für die Korpuskularstrahlung oder eine Quelle für elastische Wellen (Schallwellen) sein. Durch die Bestrahlung wird in dem ringförmigen Kittwulst 5 eine radikale Reaktion ausgelöst. Der Kittwulst 5 wird daher in einem Zeitraum, der von Bruchteilen einer Sekunde bis zu ca. 100 Sekunden reicht, ausgehärtet. Hierdurch ist die Geometrie der beiden Linsen 1, 2 fixiert, so dass die tiefer liegende, weiche bzw. flüssige Kittschicht 4 in der für das Kittmaterial charakteristischen normalen Aushärtezeit von z.B. einigen Stunden spannungsfrei aushärten kann ohne den Arbeitsprozess weiter zu belasten.

Die Aushärtung des Kittwulstes 5 der beiden optischen Linsen 1, 2 kann auch in sogenannten Teilschritten durchgeführt werder Zum Beispiel wird der Dorn 3 in üblicher Weise in Drehbewegung gesetzt. Es erfolgt nun das sogenannte Grobzentrieren der beiden zu verkittenden Teile 1, 2 durch die Bedienungsperson. Anschliessend wird durch Oeffnen des Blendenverschlusses 6 der Kittwulst 5 bestrahlt. Nach einer gewissen Zeit wird der Blendenverschluss 6 geschlossen, womit die Härtungsreaktion unterbrochen werden kann. Der Kittwulst ist auf seinem gesamte Umfang schon etwas angehärtet, so dass die Bedienungsperson leichter und einfacher die sogenannte Feinzentrierung der beiden Teile 1, 2 durchführen kann. Nach dieser Feinzentrierui wird der Blendenverschluss 6 wieder geöffnet und der Kittwulst einer weiteren Bestrahlung ausgesetzt, solange bis er vollständig ausgehärtet ist. Wenn auch nur eine Aushärtung in zwe^;

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Teilschritten beschrieben worden ist, so sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Aushärtung in mehreren Teilschritten erfolgen kann. Dies hängt von der jeweiligen Art der zu verkittenden Teile, des angewendeten Kittmaterials und von der geforderten Präzision des gesamten P^ittgliedes ab.

Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Kittglied sofort geprüft werden kann, sobald der ringförmige Kittwulst 5 ausgehärtet ist, weil die auf diese Art und Weise entstandene Randfestigkeit die Zentrierung des Kittglieds 1, 2 garantiert. Sollten sich bei der Prüfung irgendwelche Fehler zeigen, wie z.B. Blasen oder Verunreinigungen der Kittschicht 4, so können die verkitteten Teile 1, 2 ohne Risiko ihrer Beschädigung ausgekittet, gereinigt und mit der gleichen LosgrÖsse neu gekittet werden. Dies ist deshalb möglich, weil die eigentliche Kittschicht 4 noch weich bzw. flüssig ist, da sie wie bereits einige Male erwähnt mit der normalen Aushärtegeschwindigkeit fest wird. Durch dieses sogenannte langsame Aushärten der Kittschicht 4 treten keine störenden Spannungen in der Kittschicht selbst und in den zu kittenden Teilen 1, 2 auf. Mit diesem Verfahren ist der Herstellern von optischen Kittgliedern ein Mittel in die Hand gegeben, spannungsfreie Kittglieder höchster Präzision

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mit geringem Zeitaufwand herzustellen. Bei der Herstellung von Kittgliedern, die aus mehr als zwei Einzelteilen bestehen, muss nicht mehr gewartet werden bis die erste Kittschi-:ht vollständig ausgehärtet ist. Da der ausgehärtete Kittwulst die Zentrierhaltigkeit garantiert, kann sofort das nächste Teil aufgekittet werden.

In der Figur 2 ist eine Linse 9 gezeigt, welche mit einer Fassung 10 verkittet werden soll. Die Fassung 10 kann entweder aus Metall oder aus einem Kunststoff bestehen. Die Linse 9 wird in die entsprechend geformte Fassung 10 eingelegt. In den Zwischenraum wird das Kittmaterial 11 so eingebracht, dass ein ringförmiger Kittwulst 12 entsteht. Die Zentrierung zwischen der Fassung 10 und der Linse 9 erfolgt in der Weise, dass die optische Achse der Linse und die mechanische Achse der Fassung zur Deckung gebracht werden.

Nach dieser Zentrierung wird der Kittwulst 5 durch Bestrahlung aus der Strahlungsquelle 7 der Figur 1 in gewünschter Weise ausgehärtet. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Strahlungsquelle 7, das Kondensersystem 8 und der Blendenverschluss 6 zu der Linse 9, der Fassung 10 der Figur 2 so angeordnet sind, dass die Strahlung auf den Wulst auftrifft. Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird in ähnlicher Weise in Drehbewegungen versetzt wie es im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben wurde.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auch ein Kittglied, welches gemäss Figur 1 aus zwei oder mehreren optischen Teilen 1, 2 zusammengesetzt ist, ebenfalls in eine Fassung aus Metall oder Kunststoff eingesetzt und zentriert wird, und zwar in der gleichen Weise wie es im Zusammenhang mit der Figur 2 beschrieben wurde. Der Vollständigkeit halber sei

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darauf hingewiesen, dass die so eingefassten optischen Teile 1, 2, 9 zu gewünschten Objektiven zusammengesetzt werden können.

Das Kittmaterial, welches zum Verbinden des Linsenglieds mit der Fassung IO verwendet wird, ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 optisch nicht transparent, was mit dem Ausdruck optisch opak bezeichnet wird. Durch diese Eigenschaft des Kittmaterials wird das Streulicht, welches die Bildqualität infolge Kontrastverminderung verschlechtert, absorbiert.

Die Erfindung ist nicht auf die beiden beschriebenen Beispiele beschränkt. Vielmehr sollen Abänderungen der Beispiele unter den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen.

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Claims

Ansprüche

/1. Verfahren zur Herstellung von optischen Kittgliedern, die aus mindestens zwei Teilen, insbesondere Linsen und/oder Prismen zusammengesetzt werden, wobei ein Kittmaterial zwischen die zu verkittenden Teile eingesetzt wird und durch das Andrücken der genannten Teile ein Wulst an ihren Rändern gebildet wird, gekennzeichnet durch:

- eine erste und normale Aushärtegeschwindxgkeit der Kittschicht (4, 11) zwischen den Flächen der zu verkittenden Teile (1, 2, 9, 10), welche Aushärtegeschwindxgkeit nur abhängig ist von den Aushärte-Eigenschaften des Kittmaterials

- eine zweite Aushärtegeschwindigkeit des Kittwulstes (5, 12) an den Rändern der zu verkittenden Teile (1, 2, 9, 10), wobei die zweite Aushärtegeschwindigkeit durch die Bestrahlung einer ausserhalb der zu verkittenden Teile angeordneten Strahlungsquelle (7) vergrössert wird gegenüber der ersten Aushärtegeschwindxgkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kittmaterial auf eine bestimmte Strahlungsart der Strahlungsquelle (7) sensibilisiert wird und die Kittschicht (4, 11) zwischen den Flächen der zu verbindenden Teile (1, 2, 9, 10) und den Kittwulst (5, 12) an den Rändern der genannten Teile bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kittmaterial, welches im ausgehärteten Zustand ähnliche optische Eigenschaften hat wie die zu verkittenden Teile (1, 2), ansprechbar ist auf eine bestimmte Strahlungsart der Strahlungsquelle (7), wobei die

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Kittschicht (4) und der Kittwulst (5) vom gleichen Kittmaterial gebildet werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Kittschicht (11) und der Kittwulst (12) zwischen den zu verbindenden Teilen (9, 10) vom gleichen Kittmaterial gebildet werden und optisch opak sind zum Absorbieren von Streulicht, wobei das Kittmaterial auf eine bestimmte Strahlungsart der Strahlungsquelle 7 sensibilisiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c gekennzeichnet , dass der Kittwulst (5, 12) zumindest temporär mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c gekennzeichnet , dass der Kittwulst (5, 12,) zumindest temporär mit Korpuskularstrahlung bestrahlt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c gekennzeichnet , dass der Kittwulst (5, 12) zumindest temporär mit elastischen Wellen (Schallwellen) bestrahlt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c gekennzeichnet , dass der an den Rändern der zu verkittenden Teile (1, 2, 9, 10) vorgesehene Kittwulst (5, 12) in einzelnen Teil-Verfahrensschritten ausgehärtet wird.

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Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung des optischen Kittglieds die optische Ausrichtung der einzelnen Elemente zueinander, die Lupenreinheit der Kittschicht (4,11) und die Spannungsfreiheit des Kittglieds überprüft werden und bei negativem Prüfergebnis die einzelnen Elemente nach Entfernen des ausgehärteten Kittwulstes (5,12) voneinander getrennt werden, da die Kittschicht (4,11) noch
weich und unausgehärtet ist.

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