DE2637257C3

DE2637257C3 - Optisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2637257C3
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: 1979-05-17
Also published as: FR2321377A1; GB1535986A; DE2637257B2; FR2321377B1; DE2637257A1; JPS5225651A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauelement, bei dem auf einer Oberfläche eines Basisteils eine polymerisierte Kunststoffschicht mit einer einer Musterfläche nachgebildeten Formfläche angeordnet ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung dieses optischen Bauelements.

Aus der Zeitschrift »Optical Technology« Band 40, Nr. 3, März 1973, Seiten 192 bis 196 ist zur Herstellung eines optischen Bauelements insbesondere mit gekrümmter Formfläche, z. B. einer optischen Linse, ein Kopierverfahren bekannt, bei dem auf der Oberfläche eines Basisteils eine Schicht aus polymerisierbarem Kunststoff in monomerem Zustand aufgebracht, danach auf die freie Oberfläche des polymerisierbaren Kunststoffs eine an einer nachzubildenden Formfläche mit einem Trennmittel, ζ. Β. Silber oder Silizium, eingesetzte optische Form aufgesetzt, die polymerisierbare Schicht sodann polymerisiert und die optische Form schließlich an der Trennmittelschichi angehoben wird. Es entsteht eine der Musterfläche genau nachgebildete optische Fläche auf der Oberfläche des Basisteils des optischen Bauelements.

Bei diesem bekannten Kopierverfahren werden regelmäßig warmaushärtende Harze, beispielsweise Epoxydharz, für die polymerisierbare Schicht verwendet. Bei diesen polymerisierbaren Kunststoffen kann die Aus'närtezeit durch Verwendung erhöhter Temperaturen verkürzt werden. Die Verwendung höherer Polymerisationstemperaturen zur Beschleunigung des Aushärteprozesses führt jedoch zu einer beachtlichen Verschlechterung der Reproduktionsgenauigkeit infolge merklicher Kontraktionen des polymerisierten Kunststoffs, wodurch sich die Form der reproduzierten Oberfläche in nicht unbeträchtlichem Maße von der Musterfläche unterscheidet Eine hohe Reproduktionss genauigkeit läßt sich dagegen bei bekannten warmaushärtenden Kunststoffen dadurch erreichen, daß das Aushärten und Polymerisieren bei Normaltemperatur oder lediglich leicht erhöhter Temperatur über längere Zeitperioden erfolgt Diese Verfahrensweise bedingt

ίο jedoch eine Behandlungszeit von mehreren Stunden (bis über 10 Stunden) zur Nachbildung einer gekrümmten optischen Oberfläche einer Linse von einer optischen Form, so daß eine Massenproduktion derartiger optischer Bauelemente allenfalls durch Verwendung

einer großen Zahl von optischen Formen möglich ist Die Kosten der optischen Formen stehen jedoch bei Verwendung einer Vielzahl übereinstimmender optischer Formen in der Praxis der Verwendung des bekannten Verfahrens für die Massenproduktion optischer Bauelemente entgegen. In der Praxis hat man das an warmaushärtende polymerisierbare Kunststoff gebundene bekannte Verfahren in der Weise ausgeführt, daß zwischen den Verfahrensparameter der Temperatur und der Herstellungszeit ein annehmbarer Kompromiß gewählt wurde, in der Form, daß die Polymerisation bei einer nur geringfügig erhöhten Temperatur durchgeführt wurde, bei der die Festigkeit- und Deformationseigenschaften des Polymerisats gerade noch annehmbar waren.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von optischen Bauelementen der eingangs genannten Art zu erleichtern und bei hoher Reproduktionsgenauigkeit wesentlich zu beschleunigen.

Das optische Bauelement ist zur Lösung dieser erfindungsgemäßen Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierte Schicht des optischen Bauelements aus photopolymerisierbarem Kunststoff besteht Das Verfahren zur Herstellung dieses optischen Bauelements zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß für die polymerisierbare Schicht ein photopolymerisierbarer Kunststoff verwendet wird und die Polymerisation durch Bestrahlung mit Licht erfolgt. Die Erfindung macht es erstmals möglich, das Verfahren der aus dem Stande der Technik bekannten Gattung auch in der Massenproduktion einzusetzen, denn die zur Entformung erforderliche Polymerisation läßt sich bei sehr hoher Reproduktionsgenauigkeit in erheblich kürzerer Zeit als bisher beenden.

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

F i g. 1 eine schematische Darstellung, anhand deren das bekannte Verfahren zur Reproduktion einer optisch gekrümmten Oberfläche erläutert wird;

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

F i g. 3 eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Im folgenden wird zunächst in Verbindung mit F i g. 1 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 polymerisierbarer Kunststoff 4, beispielsweise ein Epoxydharz, aufgegossen wurde. Nach der vollständiger Aushärtung des Bindemittels wird die optische Form l abgehoben, wodurch auf der Oberfläche einer auf dem Basisteil 3 angeordneten optischen linse eine geiifümmte optische Fläche gebildet wird, welche eine der gekrümmten Oberflächen ia 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 F i g. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 eine Form für ein optisches Bauelement, ein Trennmittel und den Basisteil einer optischen linse. Insoweit entspricht die Vorrichtung der in F i g. 1 gezeigten bekannten Vorrichtung. Mit 10 ist jedoch eine Schicht aus photopolymerisierbarem Kunststoff bezeichnet und das Bezugszeichen U 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 photopolymerisierbaren Kunststoffs versehen ist Nach dem Einsetzen des Basisteils 3 der optischen Linse in die in Fig.2 gezeigte Halterungsvorrichtung, wobei die zu reproduzierende Formfläche in der Halterungsvorrichtung 11 nach oben weist, wird ein photopolymerisierbarer Kunststoff in der erforderlichen Menge auf die zu reproduzierende Oberfläche aufgegossen. Die nachzubildende Formi lache 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 llf>, zur Anlage kommt. Der polymerisierbare Kunststoff sollte in solcher Menge in den zwischen der nachzubildenden unteren Formfläche la und der oberen Fläche 3a des Basisteils gebildeten Zwischenraum eingegossen sein, daß ein gewisser Überschuß vorhanden ist, der über den dünnen Schlitz Ua der Halterungsvorrichtung 11 abgeführt wird, wobei dann im erwähnten Zwischenraum lediglich die erforderliche Menge verbleibt.

Sobald der Basisteil, die polymerisierbare Schicht und die Form in der beschriebenen Weise zusammengesetzt sind, wird die polymerisierbare Schicht 10 mit Licht bei ausreichender Strahlungsenergie bestrahlt, und zwar bezogen auf die Zeichnungsdarstellung von der Oberseite aus. Die Form 1 und der Basisteil 3 der optischen Linse, die hierbei mit der polyinerisierbaren Schicht 10 zu einer Einheit verbunden werden, werden aus der Halterungsvorrichtung 11 herausgenommen, worauf die Form 1 von der dampfbeschichteten Oberfläche des (als Trennmitte! benutzen) Silbers abgenommen wird, indem eine äußere Kraft ausgeübt oder plötzlich Kälte oder Wärme zur Einwirkung gebracht wird. Wenn Silber als Trennmittel verwendet wird, verbleibt die Trennmittelschicht auf der Oberfläche der polymerisierten Schicht 10, kann jedoch entfernt werden, wofür beispielsweise Salpetersäure oder eine Lösung aus rotem Blutlaugensalz und eine Fuderlösung aufgebracht werden, wisdurch die reproduzierte gekrümmte Oberfläche der optischen linse freigelegt wird. Die Auswahl des photopolymerisierbaren Kunststoffs aus den im Handel erhältlichen Produkten kann im Hinblick auf die geforderte Schichtdicke, und die Genauigkeit der optisch wirksamen Oberfläche der zu reproduzierenden linse sowie die in der Praxis geforderte Aushärtzeit erfolgen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines nach dens erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optischen Bauelements mit einer gekrümmten optischen Fläche beschrieben:
Für die Eigenschaft der gekrümmten optischen Fläche wurde als Radius η der Krümmung gemessen von der optischen Achse der Form 1 aus 11,22 mm und als Radius m der Krümmung 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, dessen Abstand von der optischen Achse 6 mm betrug (t = 6mm :n 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 Kunststoff wurde letzterer zur Aushärtung eine Minute lang mit einer 500 W Quecksilberlampe 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 der auf dem Basisteil der optischen Linse befindlichen polymerisierten Schicht eine gekrümmte Oberfläche gebildet war.

Nach der Herstellung der gekrümmten Obe: fläche in dieser Weise antstanden Newton'schen 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 unterschiedlicher photopolymerisierbarer Kunststoffe 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 gezeigt wurde, während für die Durchführung des bekannten Verfahrens unter Verwendung warmaushärtender Harze zur Reproduktion gekrümmter Flächen erheblich längere Behandlungszeiten (mehr als 10 Stunden) erforderlich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Bauelement, bei dem auf einer Oberfläche eines Basisteils eine polymerisierte Kunststoffschicht mit einer einer Musterfläche nachgebildeten Formfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die polymerisierte Schicht (10) aus photopolymerisierbarem Kunststoff besteht

2. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauelements nach Anspruch 1, bei dsm auf der Oberfläche eines Basisteils eine Schicht aus polymerisierbarem Kunststoff in monomerem Zustand aufgebracht, danach auf die freie Oberfläche des polymerisierbaren Kunststoffs eine an einer nachzubildenden Formfläche mit einem Trennmittel eingesetzte optische Form aufgesetzt, die poiymerbierbare Schicht sodann polymerisiert und die optische Form schließlich an der Trennmittelschicht abgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die polymerisierbare Schicht ein photopolymerisierbarer Kunststoff verwendet wird und die Polymerisation durch Bestrahlung mit Licht erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil für das optische Element in eine zylindrische Halterungsvorrichtung eingesetzt wird, worauf der photopolymerisierbare Kunststoff 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 photopolymerisierbarem Kunststoff aufgedrückt wird.