DE3346785C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezeiht sich auf ein Verfahren zu Herstellung
einer dicken Glaslinse mit einer asphärischen Linsenfläche gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der US-PS 24 10 616 ist gattungsgemäß ein Verfahren zur
Herstellung einer dicken Glaslinse mit einer asphärischen
Linsenfläche bekannt.
Bei diesem Verfahren wird ein in einer Form befindlicher
Glaswerkstoff auf 500° bis 600°C erwärmt, wodurch er plastifiziert
und sich in seiner Außenkontur der Form anpaßt bzw. mittels
Pressens anpaßbar ist, so daß eine Linse gebildet wird.
Anschließend wird die Linse abgekühlt. Dieser Abkühlvorgang muß
zur Vermeidung von übermäßigen inneren Spannungen relativ langsam
durchgeführt werden, wodurch das Verfahren unwirtschaftlich wird.
Auch bei einer sehr geringen Abkühlgeschwindigkeit und einer
genauen Steuerung des Temperaturverlaufes während der Abkühlung
treten im Inneren der Linse und an deren Außenoberfläche
unterschiedliche Temperaturzustände auf, die zu inneren Spannungen
in der Linse und insbesondere zu unterschiedlichem Schrumpfungs- und
Schwindverhalten führen. Es hat sich gezeigt, daß die nach
diesem Verfahren hergestellten Linsen an ihrer Oberfläche nach
innen gerichtete Vertiefungen aufweisen, wodurch diese Linsen die
an moderne optische Geräte gestellten Präzisionsanforderungen
nicht erfüllen.
Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung einer dicken Glaslinse mit einer asphärischen
Linsenfläche mittels eines Wärmeformungsprozesses zu schaffen, mit
dem in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine hohe Präzision
der Oberflächen der Linse erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß diesen Merkmalen wird mittels des
Wärmeformungsprozesses ein dünnes Linsenteil mit einer
asphärischen Oberfläche aus anorganischem Glas hergestellt, wobei
die axiale Dicke des dünnen Linsenteils lediglich 5 mm oder
weniger beträgt. Nach Beendigung der Abkühlung wird somit ein
dünnes Linsenteil mit einer asphärischen Oberfläche erhalten, die
eine hohe Präzision aufweist. Die der asphärischen Oberfläche
entgegengesetzte Oberfläche des dünnen Linsenteils dient deren
Befestigung und kann eine geometrisch einfache Form,
beispielsweise eine sphärische oder eine ebene Form, aufweisen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im
Patentanspruch 2 definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Herstellung einer Linse mit geringer Dicke ent
sprechend der Formgebung mittels Erwärmung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die angibt, wie
die entsprechend dem Verfahren
geformte Linse auf eine andere Linse geschichtet
wird,
Fig. 3 den geschichteten Zustand der Linsen gemäß Fig.
2,
Fig. 4 und 5 eine Darstellung, wie die entsprechend
dem Verfahren geformten Linsen
mit einem Trägerteil beschichtet sind,
Fig. 6 eine Ausführungsform der Gestalt der mit dem
Verfahren hergestellten Linse,
Fig. 7A und 7B zwei bei der Herstellung der Linse gemäß
Fig. 6 verwendete Linsen, und
Fig. 8 die Formgebungsbedingungen, unter denen die
Linse gemäß Fig. 7A geformt ist.
Das dünne Linsenteil erfordert aufgrund seiner
geringen Dicke nur kurze Abkühlzeit, wenn es entsprechend
der Formgebung mittels Erwärmung hergestellt werden soll.
Aufgrund der geringen Dicke entsteht zwischen dem inneren
Abschnitt und dem Oberflächenbereich des dünnen Linsenteil
auch nur eine kleine Temperaturdifferenz, so
daß sich keine störenden Mulden bilden. Deshalb hat das
dünne Linsenteil eine optische Oberfläche, die
äußerst genau mit der Gestalt der optischen Oberfläche,
die in einer Form gebildet ist, übereinstimmt; ferner
kann es auch innerhalb kurzer Zeit geformt werden. Ein
solches dünnes Linsenteil kann für sich alleine
eine gewünschte dicke Linse nicht bilden, und deshalb
wird erfindungsgemäß das dünne Linsenteil mit einer
Linse oder einem optischen Element gekittet, das flache
parallele Flächen hat, so daß eine Linse mit einer ge
wünschten Dicke hergestellt ist. In anderen Worten: Durch
die Teilung einer dicken Linse, die eine lange Abkühlzeit
erfordert oder eine Verschlechterung der Oberflächenge
nauigkeit durch Schrumpfmarken mit sich bringt, wenn
die gesamte Linse durch Erwärmung geformt werden soll,
wird der Oberflächenbereich der Linse zur Erzeugung eines
dünnen Linsenteil der Formgebung mittels Erwärmen
unterworfen und mit dem Rest der geteilten Abschnitte
gekittet, so daß eine gekittete Linse geschaffen ist,
die dick ist und auch eine hervorragende Oberflächenge
nauigkeit hat. Das Trägerteil das eine Linse oder
parallele flache Flächen umfaßt, und das der erwähnte
Rest der geteilten Abschnitte ist, kann eine Linse oder
parallele flache Fläche aufweisen, die durch Schleifen
auf herkömmliche Art erzeugt sind oder die durch Formge
bung mittels Erwärmung ohne der Bildung von Schrumpfmar
ken hergestellt sind. Insbesondere kann vorteilhaft ein
Trägerteil verwendet werden, das eine Linse oder
parallele flache Flächen umfaßt, die durch Schleifen
hergestellt sind, da hierdurch eine gewünschte Dicke
der gekitteten Linse erreicht werden kann. Das dünne
Linsenteil kann eine Dicke haben, die geeignet
nach Wunsch bestimmbar ist, jedoch als maximale Dicke
5 mm oder weniger, insbesondere 2 mm oder weniger
beträgt. Angesichts der Schwierigkeiten bei der Herstellung
einer nicht-sphärischen Linse durch Schleifen kann die
der gekitteten Fläche gegenüberliegende Oberfläche des
dünnen Linsenteils tatsächlich eine nicht-sphäri
sche Fläche sein, wodurch somit eine nicht-sphärische
gekittete Linse geschaffen ist. Andererseits beträgt
die Dicke des Trägerteils im allgemeinen
5 mm oder mehr.
Als Vorteile, die durch die Herstellung eines dünnen
Linsenteils gemäß der Formgebung mittels Erwärmen
erreicht werden, sind zu nennen: Keine Oberflächendefekte
infolge von Schrumpfmarken wegen der geringen Dicke,
verbesserte Homogenität im inneren Bereich und kürzere
Arbeitszeit. Auch stehen billigere Werkstoffe, die durch
eine Läppmaschine geschliffen bzw. poliert sind, zur
Verfügung und verringern somit die Kosten.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Ausfüh
rungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung eines
dünnen Linsenteils mit einer geringen Dicke ent
sprechend einer Erwärmungs- und Druckformgebung aus einer
dünnen, flachen, mittels einer Läppmaschine geschliffenen
Glasplatte. Fig. 1 zeigt einen Unterdruckbehälter 1 (Va
kuumglocke), einen Ständer 2 zum Tragen des Unterdruckbe
hälters, eine obere Form 3 zum Halten eines zu bearbei
tenden Elements (nachstehend als Werkstück bezeichnet),
eine zum gleichen Zweck vorgesehene untere Form 4, eine
Zylinderform S, die in enger Berührung mit der oberen
Form und der unteren Form steht, einen Formhalter 6 zum
Tragen der Zylinderform, ein Gewicht 7 auf der oberen
Form, das diese mittels einer Schraube a befestigt und
das durch eine Schraube b auch an dem Formhalter befe
stigt ist, eine Heizeinrichtung 8 zur Erwärmung des Werk
stücks, ein Element 9 zur Stützung des Formhalters 6
und der Heizeinrichtung 8, wobei der Formhalter 6 durch
eine Schraube c an dem Element 9 befestigt ist und die
Heizeinrichtung 8 durch eine Schraube d über eine zwi
schenliegende Strebe 10 gegen das Element 9 gedrückt
wird. An der Unterdruckglocke 1 ist eine Tragsäule 11
befestigt, an der das Element 9 durch eine Schraube e
befestigt ist. Ferner sind dargestellt ein Temperaturfüh
ler 12, eine Wasserkühlleitung 13, Leitungen 14 und 15
zum Einleiten von Edelgasen in die Unterdruckglocke,
eine Leitung 16 zum Auspumpen der Luft aus der Unter
druckglocke, eine Ölrotationspumpe 17, Ventile 18, 19,
20, 21 und 22, eine Formsenkstange 23 als Träger der
unteren Form 4, und ein Luftzylinder 24.
Zunächst wird das Werkstück auf die untere Form 4 gelegt,
die obere Form eingestellt und dann der Deckel der Unter
druckglocke geschlossen, gefolgt von einem Stromfluß
durch die Heizeinrichtung 8, während eine Wasserströmung
durch die Kühlleitung 13 freigegeben ist. Während dieser
Betriebsphase sind die Ventile 18 und 19 für die Edelgase
geschlossen und die Ventile 20, 21 und 22 für das Evaku
iersystem sind ebenfalls geschlossen. Die Ölrotationspum
pe 17 ist ständig im Betrieb. Dann wird das Ventil 20
für den Evakuierungsbeginn geöffnet und dann wieder ge
schlossen, wenn Fluoreszenz im Gysler-Rohr auftritt bzw.
das Unterdruckanzeigegerät 10-2 Torr ausweist, gefolgt
von einer Öffnung der Ventile 18 und 19 zum Einleiten
eines Edelgases, beispielsweise N2 in die Unterdruck
glocke. Wenn das Glas auf seinen Schmelzpunkt oder höher
erwärmt ist, wird das Werkstück durch die Betätigung
des Luftzylinders 24 geformt. Die untere Form 4 besteht
aus dem gleichen Werkstoff wie die Zylinderform 5 und
ist vertikal bewegt, wobei sie mit hoher Genauigkeit
mit der Zylinderform 5 zusammenpaßt. Anschließend werden,
wenn die Temperatur auf 200°C oder geringer abgesenkt
ist, die Ventile 18 und 19 geschlossen und das Ventil
21 geöffnet, um Luft in die Unterdruckglocke 1 einzulei
ten. Schließlich wird der Deckel der Unterdruckglocke
geöffnet, das Gewicht 7 auf der oberen Form entfernt
und das Werkstück herausgenommen. Beim Ausführungsbei
spiel gemäß Fig. 1 wird das Werkstück als Meniskus ge
formt, jedoch kann ein dünnes Linsenteil beliebi
ger Form durch Änderung der Gestalt der oberen Form 3
und der unteren Form 4 geformt werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausfüh
rungsbeispiels, bei dem das durch Erwärmung geformte
dünne Linsenteil geschichtet wird. Es sind darge
stellt ein dünnes Linsenteil 31, das mittels der
Vorrichtung gemäß Fig. 1 geformt ist, eine
als Trägerteil dienende Linse 32,
deren zu beschichtende bzw. zu belegende Fläche R3 und
gegenüberliegende Fläche R4 auf herkömmliche Art und
Weise geschliffen sind; die Fläche R2 des dünnen
Linsenteils 31 und die Fläche R3 des Trägerteils 32 sind
die aufeinanderzulegenden Flächen, die mit der gleichen
Krümmung geformt sind. Die Fläche R1 des durch Erwärmung
geformten optischen Linsenteils kann mit einer Oberflächen
genauigkeit solchen Ausmaßes geformt sein, daß kein wei
teres Schleifen bzw. Polieren erforderlich ist. Fig.
3 zeigt eine gekittete Linse, die durch Aufeinanderlegen
der Fläche R2 des dünnen Linsenteils 31 auf die
Fläche R3 des Trägerteils 32 gebildet ist. Die Fläche R1 des
dünnen Linsenteils 31 kann entweder sphärisch
oder nicht-sphärisch sein. In Anbetracht der Tatsache,
daß die Fläche R1 nach der Erzeugung in einer Form kein
Schleifen erfordert, können jedoch Arbeitsaufwand und
Zeit im hohen Maße verringert sein, verglichen mit dem
herkömmlichen Herstellungsverfahren, wenn die Fläche
R1 eine nicht-sphärische Fläche ist.
Das dünne Linsenteil 31 hat entsprechend der Form
gebung durch Erwärmung gemäß Fig. 2 Meniskus-Gestalt.
Die Meniskus-Gestalt hat annähernd einheitliche Dicke
und deshalb kann beim Abkühlen des dünnen optischen Ele
ments an den entsprechenden Abschnitten einheitliche
Kühlung erfolgen, wodurch keine abschnittsweisen Unregel
mäßigkeiten in der Abkühlgeschwindigkeit auftreten. Folg
lich kann, auch aufgrund der Tatsache, daß die Dicke
des durch Erwärmung geformten Produkts gering gehalten
ist, eine nachteilige Auswirkung wie z. B. eine Mulde
vollständig verhindert werden.
Die Form des dünnen, durch Erwärmungs-Formge
bung gebildeten Linsenteils ist nicht notwendiger
weise als Meniskus wie das dünne Linsenteil gemäß
Fig. 2 auszubilden. Da das dünne Linsenteil, das
durch Erwärmungs-Formgebung erhalten wird, eine geringe
Dicke hat, ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich,
einen solchen Effekt wie Mulden überhaupt zu beachten,
selbst wenn seine Gestalt nicht meniskusförmig ist. In
diesem Fall sollte die zu beschichtende bzw. zu belegende
Fläche vorzugsweise eine flache Fläche sein, da dies
zur Belegung eine vorteilhafte Form ist. Fig. 4 zeigt
ein solches Ausführungsbeispiel, wobei eine mit der Vor
richtung gemäß Fig. 1 geformte Linse 33 mit Flach/Konvex-Gestalt
und eine als Trägerteil dienende Flach/Konvex-Linse dargestellt sind,
deren Fläche R4 auf herkömmliche Art und Weise durch
Schleifen erzeugt ist; die flache Fläche R2 des dünnen
optischen Elements 33 und die flache Fläche R3 der
Flach/Konvex-Linse 34 können zur Bildung einer Bikonvexlinse
zusammengeklebt werden.
In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 4 sind
die gekrümmten Flächen R4 der zu schichtenden Trägerteile
32, 34 durch Schleifen nach der herkömmlichen Art gebil
det, während die gekrümmte Fläche R4 auch durch Verkittung bzw.
Schichtung einer durch Erwärmung geformten Linse mit
geringer Dicke gebildet werden kann. Fig. 5 zeigt ein
solches Ausführungsbeispiel mit dünnen, mit der Vorrich
tung gemäß der Fig. 1 geformten Linsenteilen 35
und 36, wobei 35 ein Flach/Konvex-Element, dessen Fläche
R1 konvex und dessen Fläche R2 flach ist, 36 ein
Flach/Konkav-Element, dessen Fläche R5 flach und dessen
Fläche R6 konkav ist, und wobei 37 ein paralleles Flach
glas ist, dessen beide Flächen R3 und R4 flache Flächen
sind. Durch Zusammenkleben der Fläche R2 des dünnen
Linsenteils 35 mit der Fläche R3 des Glases 37 bzw.
der Fläche R5 des dünnen Linsenteils mit der Flä
che R4 des Glases 37 kann als ein Ganzes eine Meniskus
linse erhalten werden.
Da somit erfindungsgemäß die Form des dünnen Linsenteils,
das durch Formgebung mittels Erwärmen herge
stellt wird, nach Wunsch in Abhängigkeit der während
der Formgebung verwendeten Form bestimmt werden kann,
ist es möglich, gekittete Linsen mit verschiedensten
Formen zu erhalten, die anders als diejenigen der oben
beschriebenen Ausführungsbeispiele sind.
Diese Ausführungsbeispiele verwendeten Glas als Grund
werkstoff, jedoch kann selbstverständlich auch Kunststoff
verwendet werden. Ferner können hinsichtlich des Achroma
tismus die Grundwerkstoffe für das zu schichtende dünne
Linsenteil und für eine Linse oder ein aus paral
lelen Flächen bestehendes Linsenteil entweder
gleich oder unterschiedlich sein.
Wie oben beschrieben, kann die erfindungsgemäße gekittete
Linse erzeugt werden, indem mittels einer Form durch
Erwärmen ein dünnes Linsenteil erstellt und
dieses mit anderen Linsen geschichtet wird; selbst Linsen
mit komplizierter Form, wie z. B. nicht-sphärische Flächen,
können in großer Anzahl durch eine einfache Vorrichtung
in kurzer Zeit und bei geringen Kosten hergestellt wer
den.
Es wurde die Konstruktion gemäß Fig. 6 ausgewählt, da
die Verwendung einer nicht-sphärischen Oberfläche als
ein Teil des ein Varioobjektiv für eine einäugige Spie
gelreflexkamera bildenden Objektivs die Kamera verklei
nert und gleichzeitig ihre Leistung verbessert.
Die in Fig. 6 gezeigte Linse wurde aus zwei Linsen A
und B gemäß den Fig. 7A und 7B hergestellt, wobei erstere
(A) entsprechend der Formgebung durch Erwärmen herge
stellt wurde, während letztere (B) durch Schleifen in
der herkömmlichen Art und Weise gebildet wurde. Für die
Linse A wurde ein optisches Flintglas (Typ: üblicherweise
mit SF 14 bezeichnet), das zu parallelen flachen Platten
geschliffen wurde, als Werkstück verwendet. Das Werkstück
wurde in eine Form aus einer hochfesten Legierung gesetzt
und gemäß den Formgebungsbedingungen, die in Fig. 8 dar
gestellt sind, bearbeitet.
Folglich betrug die Oberflächenrauheit 0,03 bis 0,04 µm
und die Unregelmäßigkeit der Oberfläche lag innerhalb
eines Rings der Newton′schen Ringe. Die Brechzahl nd
betrug 1,76188 vor der Formgebung und änderte sich zu
1,75874 nach der Formgebung und wurde zu 1,76198 durch
allmähliches Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von 5°C
pro Stunde, ausgehend von 420°C, korrigiert. Nach der
allmählichen Abkühlung wurde die Oberfläche auf eine Rauheit von
0,01 µm bzw. geringer behandelt und eine Beschichtung
zur Verhinderung der Reflexion auf die Fläche r1 aufge
bracht.
Anschließend wurde das so hergestellte dünne Linsenteil
mit der entsprechend dem Verfahren des Stands
der Technik hergestellten Linse mittels eines durch
UV-Strahlen aushärtbaren Klebers NoA61 (hergestellt bei
Norand) verkittet, um eine integrierte Linse zu bilden.
Zum Vergleich wurde die Linse gemäß Fig. 6 auch als ein Stück
direkt durch Formgebung mittels Erwärmen hergestellt;
das geformte Erzeugnis hatte eine Oberflächenunregelmä
ßigkeit innerhalb von 10 Ringen oder mehr, was für eine
optische Fläche eines Fotoobjektivs ungeeignet ist.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung einer dicken Glaslinse mit ei
ner asphärischen Linsenflache,
wobei eine unter Temperatureinwirkung plastifizierende anorganische
Glasmasse in einem Wärmeformungsprozeß in Linsenform ge
bracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Wärmeformungspro zesses ein dünnes Linsenteil (31; 33; 35, 36) mit einer asphärischen Oberfläche (R1; R6) aus anorganischem Glas mit einer axialen Dicke von 5 mm oder weniger hergestellt wird,
daß mittels eines Schleif- oder Polierprozesses ein aus an organischem Glas bestehendes dickes Trägerteil (32; 34; 37) in Form einer Linse oder eines parallelflächigen optischen Elementes hergestellt wird und
daß anschließend das dünne Linsenteil (31; 33; 35, 36) mit seiner der asphärischen Oberfläche (R1; R6) gegenüberliegenden Oberfläche (R2; R5) zur Bildung der dicken Glaslinse vollflächig auf eine entsprechend geformte Oberfläche (R3; R4) des Trägerteils (32; 34; 37) gekittet wird.
dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Wärmeformungspro zesses ein dünnes Linsenteil (31; 33; 35, 36) mit einer asphärischen Oberfläche (R1; R6) aus anorganischem Glas mit einer axialen Dicke von 5 mm oder weniger hergestellt wird,
daß mittels eines Schleif- oder Polierprozesses ein aus an organischem Glas bestehendes dickes Trägerteil (32; 34; 37) in Form einer Linse oder eines parallelflächigen optischen Elementes hergestellt wird und
daß anschließend das dünne Linsenteil (31; 33; 35, 36) mit seiner der asphärischen Oberfläche (R1; R6) gegenüberliegenden Oberfläche (R2; R5) zur Bildung der dicken Glaslinse vollflächig auf eine entsprechend geformte Oberfläche (R3; R4) des Trägerteils (32; 34; 37) gekittet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß
das dünne Linsenteil (31; 33; 35, 36) eine axiale Dicke von
etwa 2 mm hat.
Applications Claiming Priority (1)
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ID=16876784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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1982
- 1982-12-27 JP JP22845782A patent/JPS59120425A/ja active Pending
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1983
- 1983-12-23 DE DE19833346785 patent/DE3346785C3/de not_active Expired - Lifetime
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