DE2637257A1

DE2637257A1 - Verfahren zur herstellung eines optischen bauelements sowie nach dem verfahren hergestelltes bauelement

Info

Publication number: DE2637257A1
Application number: DE19762637257
Authority: DE
Inventors: Yoshitsugi Ikeda; Tsutomu Tojyo
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1976-08-19
Publication date: 1977-02-24
Also published as: FR2321377B1; FR2321377A1; DE2637257C3; DE2637257B2; JPS5225651A; GB1535986A

Description

[ NAc:-igtrffi

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OG ESSEN 1 - AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126

ο 133

OLYMPUS OPTICAL CO., LTD., Hatagaya 2-43-2, Shibuya-ku, Tokyo, Japan.

Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelements sowie nach dem Verfahren hergestelltes Bauelement.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur formentsprechenden Reproduktion einer gekrümmten optischen Musterfläche einer optischen Form an einem optischen Bauelement und das durch dieses Verfahren herstellbare Bauelement.

Im Stande der Technik ist das sogenannte "Kopierverfahren" zur Herstellung oder Reproduktion gekrümmter optischer Flächen an optischen Bauelementen bekannt, beispielsweise zur Herstellung asphärischer Linsenflächen mit optischen Formen. Hierbei wird so verfahren, daß auf eine zu reproduzierende Fläche einer optischen Form ein Trennmittel, beispielsweise Silber oder'Silizium durch Dampfbeschichtung gleichmäßig aufgetragen wird, worauf die optische Form mit einem Basisteil oder einer Halterung eines optischen Bauelements (üblicherweise einer Linse) dadurch verbunden wird, daß ein Bindemittel, beispielsweise ein Epoxydharz,zwischen sie gebracht wird. Die optische Form wird von dem Bindemittel nach dessen Aushärtung abgenommen, wodurch eine gekrümmte

7 O 9 8 ü 8 / 1 O 9 1

optische Fläche auf der Oberfläche des Basisteils der optischen Linse gebildet wird, welche die gleiche Form wie die gekrümmte Oberfläche der optischen Form hat.

Beim bekannten Kopierverfahren werden warmaushärtende Harze, beispielsweise Epoxydharze, als Bindemittel verwendet. Da diese Harze durch Auspolymerisation unter 1/äriaeeinfluß ausgehärtet werden, kann die Aushärtezeit durch Verwendung erhöhter Temperaturen abgekürzt werden. Obwohl die Erwärmung auf höhere Temperaturen den Aushärtprozeß beschleunigt, bewirkt sie aber merkliche Kontraktionen des Harzes während des Aushärtprozesses, wodurch die Form der reproduzierten Oberfläche sich in nicht unbeträchtlichem Maße von der der optischen Form unterscheidet.

Um solche während des Aushärtprozesses auftretenden merklichen Deformationen der reproduzierten Oberfläche zu verhindern, ist es deshalb erforderlich, das Bindemittel längere Zeitperioden bei Normaltemperatur oder bei lediglich leicht erhöhter Temperatur auszuhärten. Aus diesem Grund dauert es mehrere Stunden (bis über 10 Stunden) zur Reproduktion einer gekrümmten optischen Oberfläche einer Linse von einer optischen Form, so daß es unmöglich ist, derartige optische Bauelemente in großen Mengen herzustellen. Zwar kann die Massenproduktion solcher optischen Bauelemente durch Anwendung einer großen Anzahl von optischen Formen ermöglicht werden, jedoch ist bereits zur Herstellung einer einzelnen optischen Form ein langdauerndes Herstellverfahren erforderlich. Die Herstellung optischer Formen in großer Anzahl ist aber. in erheblichem Maße aufwendig und deshalb unerwünscht. In jedem Fall ist die Massenproduktion von Linsen mit reproduzierten Oberflächen praktisch unmöglich.

709808/1091

263725?

Aus der vorstellenden Erläuterung ergeben sich die Nachteile der bekannten optischen Elemente, beispielsweise von asphärischen Linsen und ihrer Herstellverfahren, die auf die Tatsache zurückzuführen sind, daß warmaushärtende Harze als Bindemittel verwendet werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von optischen Elementen, auf denen eine Schicht aus polymerisierbarem Material mit einer reproduzierten Oberfläche vorgesehen ist, zu erleichtern und zu beschleunigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Oberfläche eines Basisteils eine Schicht aus photopolymerisierbarem Material in monomerem Zustand aufgebracht wird, daß dann auf die Oberfläche des photopolymerisierbaren Materials eine an der zu reproduzierenden Fläche mit einem Trennmittel eingesetzte optische Form aufgesetzt wird, daß die photopolymerisierbare Schicht hierauf durch Bestrahlung mit Licht polymerisiert wird und daß die optische Form schließlich an der Trennschicht abgehoben wird.

In einer bevorzugten !Weiterbildung der Erfindung wird dabei so vorgegangen, daß der Basisteil für das optische Element in eine zylindrische Halterungsvorrichtung eingesetzt wix"d, worauf das photopolymerisierbare Material untez¹ Bildung einer Schicht auf die Oberfläche des Basisteils aufgegossen wird, und daß die mit dem Trennmittel eingesetzte optische Form auf die Oberfläche der Schicht aus photopolymerxsierbarem Material aufgedrückt wird.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte optische Bauelement ist also gekennzeichnet durch einen Basisteil und durch eine auf der Oberfläche des Basisteils gebildete photopolymerxsierte Schicht mit einer einer Musterfläche entsprechend reproduzierten Oberfläche.

709808/1091

- k - 263725?

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, anhand

deren das bekannte Verfahren zur Reproduktion einer optisch gekrümmten Oberfläche erläutert wird;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Reproduktion einer gekrümmten optischen Fläche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; und

Fig. 3 eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Im folgenden wird zunächst in Verbindung mit Fig, I das bekannte Verfahren zur Herstellung optischer Bauelemente beschrieben. Auf der zu reproduzierenden Oberfläche la einer optischen Form 1 wird ein Trennmittel 2, beispielsweise Silber oder Silizium_}in gleichmäßiger Schicht aufgedampft, worauf die optische Form auf einen Basisteil oder eine Halterung 3 des herzustellenden optischen Elements (üblicherweise eine Linse) aufgesetzt wird, auf die zuvor ein Bindemittel k-, beispielsweise ein Epoxydharz, aufgegossen wurde. Nach der vollständigen Aushärtung des Bindemittels wird die optische Form 1 abgehoben, wodurch auf der Oberfläche einer auf dem Basisteil 3 angeordneten optischen Linse eine gekrümmte optische Fläche gebildet wird, welche eine der gekrümmten Oberflachen la der optischen Form entsprechende Oberfläche hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren und das mit dem Verfahren herstellbare optische Bauelement wird nunmehr in Verbindung mit den verbleibenden Figuren beschrieben. In Figur 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 eine Form für ein

709808/1091

263725?

•optisches Bauelement, ein Trennmittel und den Basisteil einer optischen Linse. Insoweit entspricht die Vorrichtung der in-Fig. 1 gezeigten bekannten Vorrichtung. Mit

10 ist jedoch ein aus einem photopolymerisierbarem Material bestehendes Bindemittel bezeichnet und das Bezugszeichen

11 ist einer Halterungsvorrichtung zugeordnet, die zur gemeinsamen Halterung der Form 1 mit dem Basisteil der optischen Linse dient, und die mit einem dünnen Schlitz 11a für den Austritt überschüssigen Bindemittels versehen ist. Nach dem Einsetzen des Basisteils 3 der optischen Linse in die in Fig. 2 gezeigte Halterungsvorrichtung, wobei die zu reproduzierende Oberfläche in der Halterungsvorrichtung 11 nach oben weist, wird ein photopolymerisierbares Material in der erforderlichen Menge auf die zu reproduzierende Oberfläche aufgegossen. Die Muster- oder Reproduktionsfläche la der Form 1 wird mit einem Trennmittel 2, beispielsweise Silber, beschichtet und die Form 1 wird dann mit der zu reproduzierenden Fläche la nach unten soweit in die Halterungsvorrichtung 11 eingeschoben, bis die zu reproduzierende Fläche, beispielsweise an in der Halterungsvorrichtung 11 vorgesehenen Stufen llb_; zur Anlage kommt. Das polymerisierbare Bindemittel bzw. Material sollte in solcher Menge in den zwischen der unteren Fläche la der Form und der oberen Fläche 3^a des Basisteils gebildeten Zwischenraum eingegossen sein, so daß ein gewisser Überschuß vorhanden ist, der über den dünnen Schlitz 11a der HalteMngsvorrichtung 11 abgeführt wird, wobei dann im erwähnten Zwischenraum lediglich die erforderliche Menge verbleibt.

Sobald der Basisteil, das Bindemittel und die Form in der beschriebenen Weise zusammengesetzt sind, wird das Bindemittel 10 durch Bestrahlung mit Licht mit ausreichender Strahlungsenergie bestrahlt, und zwar bezogen auf die

7098 08/1091

263725?

Zei clinungsdar s teilung von der Oberseite aus. Die Form 1 und der Basisteil 3 der optischen Linse, die hierbei mit dem Bindemittel 10 zu einer Einheit verbunden werden, werden aus der Halterungsvorrichtung 11 herausgenommen, worauf die Form 1 von der dampfbeschichteten Oberfläche des (als Trennmittel benutzten) Silbers abgenommen wird, indem eine äußere Kraft ausgeübt oder plötzlich Kälte oder ¥änne zur Einwirkung gebracht wird. Wenn Silber als Trennmittel verwendet wird, verbleibt dies auf der Oberfläche des Bindemittels, kann jedoch entfernt werden, wofür beispielsweise Salpetersäure oder eine Lösung aus rotem Blutlaugensalz und eine Fixierlösung aufgebracht werden, durch welche die reproduzierte gekrümmte Oberfläche der optischen Linse freigelegt wird. Als photopolymerisierbare Bindemittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise die von der Firma Norland Product Inc. unter der Bezeichnung NOA-60 und NOA-65 angebotenen Materialien oder die von der Firma Stonehill, Inc. unter der Bezeichnung Photobond 12 und Photobond 32 angebotenen Produkte sowie ähnliche Materialien geeignet, wobei das geeignetste Material im Hinblick auf die geforderte Schichtdicke, und die Genauigkeit der optisch wirksamen Oberfläche der zu reproduzierenden Linse sowie die in der Praxis geforderte Aushärtzeit ausgewählt werden kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten gekrümmten optischen Fläche beschrieben:

Für die Eigenschaften der gekrümmten optischen Fläche wurden als Radius der Krümmung r_T gemessen von der optischen Achse der Form 1 aus 11,12 mm und als Radius der Krümmung r_TT des Basisteils der optischen Linse 11,069 mm vorgegeben. Die Form wurde in solcher Lage gehaltert, daß sie den Basisteil der optischen Linse auf einem Kreis berührte,

709808/1 091

dessen Abstand von der optischen Achse 6 mm betrug (t = 6mm in Fig. 3)» wobei zwischen der Form und dem Basisteil der optischen Linse ein Abstand d von 0,010 mm verblieb. Nach der Füllung des Zwischenraums zwischen der Form und dem Basisteil der optischen Linse mit einem photopolymerisierbaren Bindemittel NOA-60 wurde das polymerxsierbare Material zur Aushärtung eine Minute lang mit einer 500 ¥ Queclcsilberlampe bestrahlt, die etwa einen Meter von der Form und dem Basisteil entfernt angeordnet war.

Nach der Aushärtung des Bindemittels wurde die Form abgenommen, so daß auf dem auf dem Basisteil der optischen Linse befindlichen Bindemittel eine gekrümmte Oberfläche gebildet war.

Nach der Herstellung der gekrümmten Oberfläche in dieser Weise entstanden Newton¹sehen Ringe, wenn die Oberfläche der Form in Anlage an die reproduzierte Oberfläche gebracht wurde, wodurch bestätigt wurde, daß die gekrümmte Oberfläche der Form mit hoher Präzision und in kurzer Zeit auf dem Basisteil der optischen Linse reproduziert worden war. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Verwendung von Photobond 32 als polymerisierbarem Material erhalten. Daraus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Reproduktion gekrümmter optischer Flächen in außergewöhnlich kurzer Zeit und mit sehr hoher Präzision ermöglicht, wie dies anhand des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels nachgewiesen wurde, während für die Durchführung des bekannten Verfahrens unter Verwendung warmaushärtender Harze zur Reproduktion gekrümmter Flächen erheblich längere Zeitdauern (mehr als 10 Stunden) erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher die Massenproduktion von optischen Elementen mit gekrümmten Oberflächen, was nach dem bisherigen Kopierverfahren nicht möglich war.

709808 /1091 - -

Claims

Patentansprüche

1. Optisches !Bauelement, gekenn25eich.net durch einen Basisteil (3) und durch eine auf der Oberfläche des Basisteils (3) gebildete photapolymeriLsierte Schicht (lO) mit einer einer Must er fläche (la) entsprechend reproduzierten Oberfläche,

2. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelements mit einer reproduzierten Oberfläche, dadurch gekenn'-zeichnet, daß auf 4er Oberfläche 'eines Basisteilß eine Schicht aus phqtopolymerisierbarem Material in monomerem Zustand aufgebracht wird, daß dann: auf die Oberfläche des photopolymerisierbaren Materials eine an der zu reproduzierenden Fläche mit einem Trennmittel eingesetzte optische Form aufgesetzt wird, daß die photopolymerisierbare Schicht hierauf durch Bestrahlung mit Licht polymerisiert wird, und daß die optische Form schließlich an: der Trennmittelschicht abgehoben wird,

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil für das optische Element in eine zylindrische HalterungsYprrichtung eingesetzt wird, worauf das photopolymerisierbare Material unter Bildung einer Schicht auf die Oberfläche des Basisteils aufgegossen wird, und daß die mit dem Trennmittel eingesetzte optische Form auf die Oberfläche der Schicht aus photo-; polymerisierbarem Material aufgedrückt wird.

709808/1091