DE3402648A1

DE3402648A1 - Formgebungsvorrichtung fuer ein optisches element

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Publication number: DE3402648A1
Application number: DE19843402648
Authority: DE
Inventors: Kenzo Kawasaki Kanagawa Matsuzaka; Nobuo Yokohama Kanagawa Nakamura; Seitaro Tokio/Tokyo Okano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1984-08-02
Also published as: US4698089A

Description

Formgebungsvorrichtung für ein optisches Element

Die Erfindung bezieht sich auf eine Formgebungsvorrichtung für optische Elemente wie beispielsweise Linsen, Prismas oder Filter, und insbesondere auf ihre Preßformen.

Bisher wurden optische Elemente wie Linsen, Prismas oder Filter oft mittels des Glaspolierverfahrens hergestellt. Das Polierverfahren erfordert jedoch beträchtliche Zeit und Geschicklichkeit. Zur Herstellung asphärischer Linsen mittels des Polierverfahrens ist eine ausgereiftere Poliertechnik erforderlich und die Verfahrenszeit wird unvermeidlich lang. Im Gegensatz zu einem solchen Herstellungsverfahren für ein optisches Element
mittels des Polierverfahrens gibt es ein Verfahren zur Herstellung optischer Elemente mittels der Formgebung durch Erwärmen und Druck. (US-Patente 3 833 347, 3 900 328, 4 139 677, usw.) Entsprechend diesem Formgebungsverfahren können die optischen Elemente innerhalb kurzer Zeit hergestellt werden und selbst asphärische Linsen,

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Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844

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Pustschock (München) Kto. β

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ebenso wie sphärische Linsen, können leicht und in kurzer Zeit hergestellt werden; bei diesem Formgebungsverfahren mittels Erwärmung und Druck bleiben jedoch noch einige Probleme zu lösen. Eine der Schwierigkeiten liegt in der Verbesserung der Mittenabweichung. Im Falle der sphärischen Linsen kann, selbst wenn sie eine Mittenabweichung aufweisen, in einer Nachbearbeitung eine Ausrichtung vorgenommen werden, während im Fall der asphärischen Linsen eine Ausrichtung bzw. Korrektur nicht erfolgen kann und die Gestalt der Preßform in Betracht gezogen werden muß.

Bisher wurde die Formgebung mittels eines Aufbaus durchgeführt, der eine feste Preßform, eine untere Preßform und eine obere Preßform gemäß Fig. 1, die bereits an dieser Stelle erläutert werden soll, aufweist. Ferner ist ein Passungsabschnitt zwischen der oberen Preßform und der unteren Preßform vorgesehen, und obwohl für diesen größere oder geringere Abwandlungen vorgenommen wurden, blieb der Nachteil bestehen, daß die Genauigkeit der Passung direkt die Genauigkeit der Mittenabweichung beeinflußt. Die Vorrichtung des Stands der Technik gemäß den Fig. l(a) und (b) ist so gestaltet, daß eine Masse erhitzten Glases auf eine untere Preßform 2 gelegt ist, die von einer festen Preßform 1 gehalten wird, und daß die sphärische Fläche einer Linse durch Pressen einer oberen Preßform 4 gegen die untere Preßform 2 mittels eines hydraulischen Zylinders (nicht gezeigt) erzeugt wird. Die obere Preßform 4 dieser bekannten Vorrichtung bildet mit der inneren Fläche la der festen Preßform 1 eine Passung und kann sich entlang einer bestimmten Achse O₁-O bewegen; das Vorhandensein des gleitenden Passungsabschnitts la zwischen der festen Preßform 1 und der oberen Preßform 4 erschwert jedoch ein vollständiges Zusammenfallen der Achse der unteren

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Preßform mit der Achse der oberen Preßform. Aufgrund der Abweichung zwischen diesen Achsen fallen die Kugelmittelpunkte a. und b₁ der Wirkflächen 6a und 6b einer in Fig. 2 gezeigten Linse 6 nicht mit der optischen Achse zusammen und somit sind die Linsendicken T₁ und Tp unterschiedlich und die Linse 6 hat eine Mittenabweichung .

Wie oben beschrieben, hat die Vorrichtung des Stands der Technik den Nachteil, daß bei der Linse eine Mittenabweichung auftreten kann. Ferner ist es bei der Vorrichtung, die die Preßformgebung mittels der oberen und unteren Preßform wie vorstehend beschrieben anwendet, erforderlich, die Preßlage der oberen und unteren Preßform mit höchster Genauigkeit festzusetzen, falls die Wirkflächen des optischen Elements asphärisch sind, wobei noch viele Probleme zu lösen bleiben, wie beispielsweise die Konstruktion der Preßformen und der komplizierte Aufbau der Vorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Formgebungsvorrichtung zu schaffen, die ein optisches Element erzeugen kann, das keine Mittenabweichung seiner Wirkflächen aufweist. Ferner soll die Vorrichtung zur Formgebung eines optischen Elements geeignet sein, dessen Wirkflächen sphärisch oder asphärisch sind. Ferner soll die Ausbildung eines Flanschabschnitts am äußeren Umfang der Wirkflächen eines optischen Elements wie beispielsweise einer Linse und eines Halteabschnitts möglich sein, der zum Halten des optischen Elements in einer Halterung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 bzw. A gelöst.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand schematischer Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 (a) und (b) Querschnitte einer Vorrichtung

gemäß des Stands der Technik,
10

Fig,. 2 einen Querschnitt einer mittels der bekannten

Vorrichtung geformten Linse,

Fig. 3 einen Querschnitt der wesentlichen Abschnitte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt der wesentlichen Teile einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 einen Querschnitt der wesentlichen Abschnitte einer anderen Ausführungsform der erfindungsge

mäßen Vorrichtung,

Fig. 7 einen Querschnitt der wesentlichen Teile einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 8 einen Querschnitt der wesentlichen Teile einer
Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 9 einen Querschnitt einer von der Vorrichtung gemäß Fig. 8 geformten Linse.

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Die Fig. 3 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine erste Preßform 8 hat eine obere Fläche 8a, die zur Formung der Wirkfläche eines optischen Elements 10 eine sphärische Fläche

5 oder eine asphärische Fläche sein kann, je nach dem zu formenden optischen Element. Ein Formelement 8b ist an der ersten Preßform 8 befestigt und bildet einen Teil von dieser.

Eine zweite Preßform 12 hat eine untere Fläche 12a, die zur Bildung der Wirkfläche des optischen Elements 10, die beispielsweise Brechung und Reflektion bewirkt, nachbearbeitet ist und zu einer gekrümmten Fläche maschinenbearbeitet ist, die mit der Form des optischen EIements 10, z.B. einer sphärischen Flächenform, übereinstimmt.

Ein oberer Randabschnitt c des ersten Formelements 8b ist nachbearbeitet bzw. oberflächenbehandelt und wird gegen die formende Fläche der zweiten Preßform 12 oder gegen ihre Umgebungsbereiche gedrückt;der Randabschnitt c kann mehr oder weniger abgeschrägt sein, um die Stabilität des Zustands, in dem die erste Preßform gegen die zweite Preßform gedruckt wird, und die Widerstandsfähigkeit gegen Stöße zu verbessern. Wie Fig.

4 zeigt, ist neben dem oberen Randabschnitt des ersten Formelements 8b ein Spalt Sb₁ vorgesehen, in den der Überschuß eines gepreßten Glaswerkstoffes ausweichen kann.

Alternativ kann der Spalt 8b- in einem anderen Abschnitt vorgesehen sein, z.B. als Spalt 8b„ in dem seitlichen Formelement 8b der ersten Preßform, das keine Wirkfläche des optischen Elements bildet, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 angezeigt ist, so daß der Überschuß eines optischen Glaswerkstoffes, der in diesen Spalt

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eintritt, zur Befestigung oder Kopplung mit einer Linsenfassung (nicht gezeigt) verwendet werden kann.

Bei der Formgebungsvorrichtung gemäß den Fig. 3 und 4 wird ein optischer Glaswerkstoff in die Ausnehmung der ersten Preßform 8, 8b eingesetzt, wonach die zweite Preßform 12 durch einen hydraulischen Zylinder (nicht gezeigt) in Pfeilrichtung gedrückt wird und dadurch direkt gegen den oberen Randabschnitt c der ersten Preßform gepreßt wird. Hierdurch wird der optische Glaswerkstoff in ein optisches Element wie z.B. eine Linse geformt, die die Raumform hat, die durch die erste Preßform 8, 8b und die zweite Preßform 12 gebildet ist.

Falls die zweite Preßform und der nicht dargestellte hydraulische Zylinder durch einen herkömmlichen Universal-Gelenkrnechanismus während der Bewegung der zweiten Preßform gemäß Fig. 3 in Pfeilrichtung verbunden sind, kann die Dicke in der Mitte des geformten optischen Elements 10 durch Nachbearbeitung der pressenden Fläche 12a der zweiten Preßform zu einer sphärischen Fläche konstant gehalten sein und somit kann eine Mittelpunktsabweichung der Wirkfläche vermieden sein, selbst wenn die zweite Preßform 12 während ihres Preßbetriebs mittels des hydraulischen Zylinders in Pfeilrichtung mehr oder weniger von einer bestimmten Achse 0„-0₄ nach links und rechts abweicht.

Bei der Vorrichtung gemäß den Fig. 3 und 4, die die erste Preßform und die zweite Preßform umfaßt, müssen die erste Preßform 8 zur Formung der Wirkfläche der geformten Linse 10 und das Forrielement ' 8b zur Formung des Randabschnitts 10a der geformten Linse 10 einstückig als eine einzige erste Preßform ausgebildet sein. Aus diesem Grund wird die Oberflächenbehandlung der nachge-

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arbeiteten Fläche der ersten Preßform 8, 8b so ausgeführt, daß die Wirkfläche 8a der ersten Preßform zunächst nachbearbeitet wird, das Formelement 8b an der ersten Preßform 8 befestigt wird, und daß dann die innere Durchmesserfläche des Formelements 8b auf eine bestimmte Genauigkeit nachbearbeitet wird, während gleichzeitig der obere Randabschnitt c des Formelements 8b mit einer Krümmung, die der Krümmung der zweiten Preßform 12 entspricht, auf eine bestimmte Genauigkeit maschinenbearbeitet wird.

Die Erfindung ist ferner auch anwendbar bei einer sogenannten Formgebungsvorrichtung des offenen Typs, die₇ wie Fig. 6 zeigt, kein Formelement zur Führung des Randabschnitts 24a einer von einer ersten Preßform 20 und einer zweiten Preßform 22 geformten Linse 24 hat. Es ist zweckmäßig, einen Werkstoff für das Fortnelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung auszuwählen, der einen Koeffizienten hat, der kleiner als der Koeffizient der linearen Dehnung des zu formenden Glaswerkstoffs ist. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die zweite Preßform mit einem Universal-Gelenkmechanismus verbunden ist. Gemäß Fig. 5 hat ein erstes Formelement 14 in seinem mittleren Abschnitt eine Ausnehmung 14b und eine formende Fläche 14a, die in eine asphärische Fläche maschinenbearbeitet ist, die der äußeren Umfangsfläche eines zu formenden optischen Elements entspricht. Ein Rohling 16 aus optischem Glas ist vorerwärmt und unterliegt einer Erst-Formgebung, um die Formgebung zu erleichtern. Ein zweites Formelement 18 hat eine gekrümmte Fläche, z.B. eine sphärische Fläche 18a zur Formung der Wirkfläche des zu formenden optischen Elements, einen Verbindungsabschnitt 18b für seine Verbindung mit einem Universal-Gelenkmechanismus 23 und Schenkelabschnitte 18c, 18c. Verbindungselemente 25 dienen zur Verbindung des zweiten

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1, Formelements 18 mit dem Gelenkmechanismus 23.

Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Gemäß Fig. 7 wird ein Rohling 28a zur Formung eines optischen Elements, wie z.B. formbares Glas, in einer Ausnehmung angeordnet, die durch die Formelemente 26b und 26c einer ersten Preßform 26 gebildet ist. In diesem Fall kann der Rohling 28a auf eine formbare Temperatur vorerwärmt und in die Form eingesetzt sein oder er kann in die Form eingesetzt sein, wobei ihr Inneres erwärmt wird, um den Rohling 28a formbar zu machen.

Die erste Preßform 26 umfaßt das Formelement 26b und das Formelement 26c. Das Formelement 26b hat eine Fläche 26a zur Formung der Wirkfläche eines optischen Elements, und die optische Achse dieser Fläche 26a fällt mit der Achse des Zylinders des Formelements 26c zusammen. Die Fläche 26a zur Formung der Wirkfläche des optischen EIements kann eine sphärische Fläche oder eine asphärische Fläche sein, die mit der Form des zu formenden optischen Elements 28 übereinstimmt. Andererseits hat das Formelement 26c einen oberen ringförmigen Randabschnitt 26d.

Was in der Erfindung oberer ringförmiger Randabschnitt 26d bezeichnet wird, ist der Endabschnitt des oberen Randes des Formelements 26c; genauer: es ist der Berührungsabschnitt mit einer zweiten Preßform 30. Dieser obere ringförmige Randabschnitt 26d ist ein Abschnitt zur Bildung einer genauen kreisförmigen Form, die konzentrisch mit der optischen Achse der Fläche 26a zur Formung einer ersten Wirkfläche des optischen Elements ist, und deshalb kann er als zusammenhängende Fläche oder als nicht-zusammenhängende Fläche (z.B. wenn ein Stück in einem Abschnitt des Umfangs des Kreisrings weggeschnitten

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ist) gebildet sein, oder drei oder mehr Punkte können in der Form eines genauen Kreises angeordnet sein. Ferner kann dieser obere ringförmige Randabschnitt 26d in gefordertem Maße abgeschrägt sein, um seine Stabilität der Druckberührung mit der zweiten Preßform 30 und die Widerstandsfähigkeit gegen den aus der Druckberührung resultierenden Stoß zu verbessern.

Das Formelement 26b und das Formelement 26c können anstelle der voneinander getrennten Ausführung wie beim Ausführungsbeispiel auch einstückig miteinander sein. Wenn diese beiden Formelemente voneinander getrennt vorgesehen sind, können ihre Werkstoffe in Abhängigkeit der Eigenschaften gewählt sein. Der Werkstoff des Formelements 26b kann zur Formung der Wirkfläche geeignet sein, nämlich ein Werkstoff, der leicht eine Spiegelflächen-Maschinenbearbeitung zuläßt, und der Werkstoff des Formelements 26c kann bezüglich Festigkeit gegen Stoß und Abrieb, die aus seiner"Druckberührung mit der zweiten Preßform 30 resultieren, hervorragend sein.

Andererseits umfaßt die zweite Preßform 30 ein Formelement 30b und ein Formelement 30c. Das Formelement 30b hat eine sphärische Fläche 30a zur Formung einer zweiten Wirkfläche des optischen Elements 28, und das Formelement 30c hat eine zentrierende sphärische Fläche 30d. Diese zentrierende sphärische Fläche 3Od hat den gleichen Kugelmittelpunkt c wie die sphärische Fläche 30a zur Formung der zweiten Wirkfläche des optischen Elements 28 und ist außerhalb der sphärischen Fläche 30a vorgesehen, und sie ist ein Abschnitt, der gegen den oberen ringförmigen Randabschnitt 26d des Formelements 26c dor ersten Preßform während der Preßformung gedruckt werden kann. Der Krümmungsradius R_ der zentrierenden sphärischen Fläche 3Od kann gleich dem Krümmungsradius Ii- der Fläche

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30a zur Formung der Wirkflächen oder unterschiedlich zu diesem sein, aber wie oben beschrieben ist es wichtig, daß die Kugelmittelpunkte C dieser Flächen zusammenfallen .

Das Formelement 30b und das Formelement 30c können anstelle der voneinander getrennten Ausführung wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel auch einstückig miteinander ausgebildet sein. Wenn die Formelemente 30b und 30c getrennt voneinander ausgebildet sind, wie im Fall der Formelemente 26b und 26c der ersten Preßform, kann der Werkstoff des Formelements 30b geeignet zur Formung der Wirkfläche sein und der Werkstoff des Formelements 30c kann eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und Abrieb, die aus seiner Druckberührung mit der ersten Preßform 26 resultieren, haben.

Die zweite Preßform 30 ist ferner mit einem Preßmechanismus (nicht gezeigt) wie z.B. ein Hydraulikzylinder für ihre Pressung während des Preßvorgangs verbunden bzw. einstückig. Dieser Preßmechanismus zum Zusammenpressen der ersten und zweiten Preßform kann während des Preßvorgangs mit der ersten Preßform oder mit beiden Preßformen verbunden oder einstückig sein.

Folglich wird.die Preßform 30 mittels eines Hydraulikzylinders (nicht gezeigt) in Pfeilrichtung und so gedrückt, daß die zentrierende sphärische Fläche 3Od in direkte Berührung mit dem gesamten oberen ringförmigen Randab schnitt 26d kommt, und daß der Rohling 28a- zur Formung des optischen Elements zur Formung der Wirkflächen mindestens von den Flächen 26a und 30a gepreßt und verformt wird, wodurch das optische Element 28 geformt wird.

Gleichzeitig werden die Preßformen 30 und 26 je nach

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Erfordernis erwärmt, um einen guten Formgebungszustand zu erhalten.

Wenn bei der oben erwähnten Preß- und Formungsphase die zentrierende sphärische Fläche 3Od der zweiten Preßform 30 den oberen ringförmigen Randabschnitt 26d berührt, geht die Mittelachse des Kreisrings ohne Abweichung durch den Kugelmittelpunkt und somit fällt die Mittelachse des oberen ringförmigen Randabschnitts 26d, nämlich die optische Achse der Fläche 26a der ersten Preßform 26 zur Formung der Wirkfläche, automatisch mit der Achse zusammen, die durch den Kugelmittelpunkt C der zentrierenden sphärischen Fläche 3Od der zweiten Preßform 30 geht,
nämlich mit der optischen Achse der Fläche 30a zur For-

mung der Wirkfläche, die den selben Kugelmittelpunkt C wie dieser Kugelmittelpunkt hat. Folglich kann das optische Element ohne irgendeine Mittelpunktsabweichung geformt sein und darüberhinaus wird die Dicke in der Mitte des optischen Elements zuerst bestimmt und dann ständig konstant gehalten.

Nach dem Abschluß der Formgebung werden die zweite Preßform 30 und die erste Preßform 26 allmählich auf eine Temperatur gekühlt, die die Herausnahme des geformten Gegenstandes gestattet, wobei die Ortsbeziehung zwischen den beiden Preßformen aufrecht erhalten wird, und das geformte optische Element wird aus den Preßformen genommen. Ferner unterliegt das optische Element je nach Erfordernis einer bestimmten Maschinenbearbeitung.

Andererseits hatte bei der herkömmlichen Metallform oder dergleichen die Fläche zur Formung der Wirkfläche einet; optischen Elements eine Gestalt, die der Krümmung der» geformten Gegenstands entsprach, wobei jedoch ihr Oberflächenzustand nicht in Betracht gezogen wurde und die Nachbearbeitung der Wirkfläche nach der Formgebung er-

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forderlich war. Im Gegensatz hierzu wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Zustand der Flächen 26a und 30a zur Formung der Wirkflächen eines optischen Elements so hergestellt, daß die Wirkflächen des geformten optischen Elements eine vorbestimmte Oberflächengenauigkeit und-Qualität in Übereinstimmung mit ihrer Verwendung haben und ferner wird das optische Element dem erfindungs gemäßen Pressen und der erfindungsgemäßen Formgebung unterworfen, wodurch das optische Element direkt verwend- !0 bar als Produkt ohne Nachbearbeitung erhalten wird.

Entsprechend der erfindungsgemäßen oben beschriebenen Vorrichtung wird die zweite Preßform zur Formung einer Wirkfläche des optischen Elements gegen die erste Preßform zur Formung der anderen Wirkfläche des optischen Elements gepreßt, ohne daß die Preßformen mittels Paßoder Gleitbewegung wie beim herkömmlichen Verfahren gepreßt werden, wodurch das -optische Element ohne Mittelpunktsabweichung preßgeformt werden kann und wodurch darüberhinaus ständig eine bestimmte Dicke in der Mitte des optischen Elements erhalten werden kann.

Ferner können asphärische Linsen, deren Mittelpunktsabweichung durch die Nachbearbeitung beim herkömmlichen Preßfοrmgebungsverfahren kaum verändert werden kann, leicht in Massenproduktion hergestellt werden. Erfindungsgemäß können auch optische Elemente mit der Qualität eines fertigen Produkts geformt werden, ohne daß sie nachbearbeitet werden müssen^und optische Elemente mit niedrigeren Herstellungskosten können in Massenproduktion hergestellt werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeigt eine Abänderung der Vorrichtung gemäß Fig. 7. Die Vorrichtung gemäß Fig. 8 kann zum Anbringen eines optischen Elements, z.B. einer Linse an einer Linsenhalterung,einen mit dem Lin-

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senkörper einstückigen FlanschabschnL tt formen. FL>^r,. 9 zeigt eine mit der Formgebungsvorrichtung gemäß Fig. 8 geformte Linse 34.

° Ein erstes Formelement 32 hat eine formgebende Fläche 32a zur Formung der Wirkfläche 34a der Linse 34, flanschformende Flächen 32b und 32c, die sich von der formenden Fläche 32a zur Formung der Flanschabschnitte 34b und 34c am äußeren Umfang der Wirkfläche 34a der Linse 34 erstrecken, und einen Randabschnitt 32d, der gegen ein zweites Formelement 36 gepreßt werden kann. Das zweite Formelement 36 hat eine formende Fläche 36a zur Formung der Wirkfläche 34d der Linse 34, und flanschformende Flächen 36b und 36c, die sich an den äußeren Umfang der formenden Fläche 36a anschließen und parallel zu den flanschformenden Flächen 32b und 32c des ersten Formelements 32 sind. Eine zentrierende sphärische Fläche 36c steht in Berührung mit dem Randabschnitt 32d des ersten Formelements 32 und ist an dem äußeren Umfang eines Vorsprungs 36e ausgebildet, der sich vom Körperabschnitt des Formelements 36 erstreckt. Der KugclmittelpunktC dieser zentrierenden sphärischen Fläche 36d und der Kugelmittelpunkt c ^der formenden Fläche 36a fallen zusammen. R₁ bzw. Rp stellen die Radien dar, die vorn Kugelmittelpunkt C zur formenden Fläche 36a bzw. der zentrierenden sphärischen Fläche 36d verlaufen. Die Formgebunr.fwirkung, der Vorrichtung gemäß Fig. 8 ist die gleiche wie die im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebene. Ein zu formender Werkstoff wird zwischen das erste Formelement und das zweite Formelement eingesetzt, wonach diese beiden Formelemente durch eine Preßvorrichtung (nicht gezeigt) gepreßt werden. Wenn der Randabschnitt 32d des ersten Formelements 32 und die zentrierende sphärische Fläche 36d des zweiten Formelements 36 zusammengepreßt werden, ist der Abstand zwischen den flanschformenden Flächen 32b

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und 36b (32c und 36c) des ersten bzw. zweiten Formelements so festgesetzt, daß er die gleiche Abmessung wie die Dicke t des Flanschabschnitts der Linse 34 hat.

B Der zu formende Werkstoff, der durch das erste und zweite Formelement gepreßt wird, wird durch die formenden Flächen 32a und 36a der Formelemente 32 und 36 geformt, wodurch eine Wirkfläche mit einer gewünschten Krümmung bzw. eine sphärische Fläche erhalten wird und ein Flanschabschnitt mit einer bestimmten Dicke t am äußeren Umfang der Wirkflächen angeformt wird.

Nachstehend wird ein Beispiel für eine mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 7 geformte Linse beschrieben. Zunächst wurde ein Formelement 30b aus Molybdän mit einer sphärischen Fläche 30a zur Formung der Wirkfläche eines optischen Elements, die in einem Spiegelf1ächenpolierverfahren so oberflächenbehandelt wurde, daß sie einen äußeren Durchmesser von 30 mm, einen Krümmungsradius von 40 mm, eine Oberflächengestaltgenauigkeit von 3 oder weniger Newton'sehen Ringbrechkraftlinien und einer irreguläre Brechkraftlinie sowie eine mittlere Oberflächenrauhheit (JIS BO6O1-197O) von 0,02 pm oder weniger hat, in ein Formelement 30c eingesetzt, das aus einem Carbidlegierungs- oder Siliciumcarbidpressling, der einem bestimmten Bearbeitungsverfahren unterlag, gebildet ist, und in diesem aufgenommen, wonach die zentrierende sphärische Fläche 3Od so bearbeitet wurde, daß ihr Krümmungsradius 44 mm und die Abweichung zwischen ihrem Kugelmittelpunkt und dem Kugelmittelpunkt der sphärischen Fläche 30a zur Formung der Wirkfläche 2 um oder weniger betrug, wodurch eine Form 30 erhalten wurde.

Anschließend wurde ein Formelement 26b aus Molybdän mit einem äußeren Durchmesser von 40 mm, einer Krümmung von

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60 mm und einer Fläche 26a zur Formung der V/irkfLache, die wie die sphärische Fläche 30a der Form zur Formung der Wirkfläche spiegelflächenpoliert war, in ein Formelement 26c eingesetzt und darin aufgenommen, das aus Siliciumcarbidpreßlingen, die einem bestimmten Bearbeitungsverfahren unterworfen waren, gebildet wurde, wonach ihr oberer ringförmiger Randabschnitt 26d so bearbeitet wurde, daß sein Innendurchmesser 60 mm und die Abweichung seiner Achse relativ zur optischen Achse der Fläche 26a zur Formung der Wirkfläche 2 /jm oder weniger betrug, wodurch eine Form 26 erhalten war.

Als Rohling einer Linse wurde ein Rohling verwendet, der ein scheibenförmiges optisches Glas SF14 mit einem äußeren Durchmesser von 40 mm und einer Dicke von 5,6 mm hatte und dessen beide Seiten zu Spiegelflächen poliert waren; dieser Rohling wurde auf 580 C erwärmt und in eine von dem Formelement 26b und dem Formelement 26c gebildete Ausnehmung eingesetzt, wonach die Form 30 gegen die Form 26 durch einen hydraulischen Zylinder (nicht gezeigt) mit einem Druck von 10 kg/cm gepreßt wurde, während das Innere der Form bei dieser Temperatur gehalten wurde, so daß die zentrierende sphärische Fläche 30d der zweiten Form in Berührung mit dem gesamten oberen ringförmigen Randabschnitt 26d der ersten Form stand; dieser Zustand wurde 5 Minuten aufrecht erhalten, wonach der Rohling allmählich in der Form gekühlt und dann genau auf Raumtemperatur abgekühlt wurde.

Die Mittenabweichung der nach Abschluß des Kühlens aus der Form entnommenen Linse lag innerhalb 30 Winkelsekunden und die Oberflächengenauigkeit ihrer Wirkfläche betrug 3 oder weniger Newton'sehe Ringbrechkrafti jnien und eine oder weniger irreguläre Brechkraftlinien und die mittlere Oberflächenrauhheit (JIS 13 0601-1970) betrug

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0,02 um oder weniger; diese Linse konnte somit direkt als fertige Linse verwendet werden.

Wie oben beschrieben, ist eine Formgebungsvorrichtung mit einer oberen und einer unteren Form zur Formung eines optischen Elements erfindungsgemäß so konstruiert, daß die obere Form zur Formung e.iner Wirkfläche des optischen Elements gegen den oberen Randabschnitt der unteren Form zur Formung der anderen Wirkfläche des optischen Elements gepreßt wird, und daß der Gleit- bzw. Passungsabschnitt der oberen und unteren Form, der bei der Vorrichtung des Stands der Technik vorhanden ist, fehlt, wodurch die Mittenabweichung des geformten optischen Elements ausgeschaltet werden kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die Fläche der oberen Form der Preßformelemente als sphärische Fläche ausgebildet ist und daß die obere Form gegen die untere Form mittels eines Universal-Gelenkmechanismus gedrückt werden kann, wodurch die Mittenabweichung der Wirkflächen des optisehen Elements ausgeschaltet werden kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 sind Spalte 8b- und 8b als Ausweichabschnitte für den Überschuß des optischen Glases in dem unteren Formelement 8b vorgesehen, jedoch können alternativ solche Spalte in dem Nicht-Wirkflächenab-

schnitt der sphärischen Fläche 12a des oberen Formelements 12, d.h. der anderen Fläche als dem Wirkabschnitt für die sphärische Fläche einer Linse^vorgesehen sein.

Offenbart ist eine Formgebungsvorrichtung für ein optisches Glas zur Formung eines optischen Elements wie eine Linse durch Pressung des optischen Glases, wobei eine Form zur Formung einer Wirkfläche (optische Wirkfläche) des optischen Elements gegen den oberen Randabschnitt einer Form zur Formung der anderer. Wirkfläche des optisehen Elements gepreßt wird.

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Claims

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UIRUPE - K¹ELLM ANN - IiIRAMS Dipl.-Chem. G. Bühling

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Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 202' 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89 / 537377 cable: Germaniapatent Münc 26. Januar 1984

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Patentansprüche

i lJ Formgebungsvorrichtung für ein optisches Element mit einer ersten und zweiten Preßform mit formenden Flächen zur Formung der Wirkflächen eines optischen Elements wie einer Linse, dadurch gekennzeichnet, daß während der Formgebung der Randabschnitt (c) der zweiten Preßform (8,26) gegen die formende Fläche (12a, 30a) der ersten Preßform (12,30) bzw. gegen den Umgebungsbereich der formenden Fläche gepreßt wird, und daß das optische Element (10,28) in einer Ausnehmung geformt ist, die von den formenden Flächen der ersten und zweiten Preßform gebildet ist.
2. Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt (c) der zweiten Preßform (8,26) in einem seitlichen Formelement (8b, 26c) ausgebildet ist, das an der zweiten Preßform mit der formgebenden Fläche (8a, 26a) befestigt ist.
3. Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spalt (Sb₁, 8b )_} in den der Überschuß des geformten Werkstoffs des optischen Elements (10,28) entweichen kann, in dem seitlichen Formelement (8b, 26c) vorgesehen ist.

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4. Formgebungsvorrichtung für ein optisches Element mit einer ersten und zweiten Preßform zur Formung eines optischen Elements wie eine Linse, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Preßform (26,32) eine formende Fläche

B (26a, 32a) zur Formung einer Wirkfläche des optischen Elements (28,34) und einen Randabschnitt (26d, 32d) hat, mit dem die erste Preßform in Berührung mit der zweiten Preßform (30,36) steht, und daß die zweite Preßform eine sphärische Fläche (30a, 36a) zur Formung der anderen Wirkfläche des optischen Elements und eine sphärische Fläche (3Od, 36d) hat, die den gleichen Kugelmittelpunkt (C) wie die zuvor erwähnte sphärische Fläche (30a,36a) hat und in Berührung mit dem Randabschnitt steht.
5. Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit der sphärischen Fläche (3Od, 36d) in Berührung mit dem Randabschnitt (26d, 32d) der ersten Preßform (26,32) und dem Randbereich der zweiten Preßform (30,36) getrennt von den formenden Flächen (26a,32a; 30a,36a) der ersten und zweiten Preßform und von einem Preßformkörper mit einer formenden sphärischen Fläche aufgebaut ist.
6. Formgebungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine parallele Fläche (32b,36b; 32c,36c) vom äußeren Umfang der formenden Fläche (32a,36a) und sphärischen Fläche der ersten bzw. zweiten Preßform (32,36) erstreckt, und daß ein Spalt zur Formung eines Flanschabschnitts (34b) des optischen Elements (34) im Bereich einer Ausnehmung vorgesehen ist, die von der formenden Fläche (32a) und der sphärischen Fläche (36a) der ersten und zweiten Preßform gebildet ist.