DE4017541C3

DE4017541C3 - Zusammengesetzter optischer Gegenstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4017541C3
Application number: DE4017541A
Authority: DE
Inventors: Masaki Shirakawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2010-06-01
Also published as: DE4017541C2; DE4017541A1; US5067800A; JPH0313902A

Description

Die Erfindung betrifft einen zusammengesetzten optischen Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Zahlreiche Linsen, die typische optische Gegenstände darstellen, wurden bisher aus Glas hergestellt. Dabei sind die Herstellungskosten von asphärischen Linsen sehr viel höher als die von sphärischen Linsen. Um diesen Nachteil zu beheben, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein transparentes thermoplastisches Kunstharz in eine Gießform eingegeben wurde, um eine Kunststofflinse herzustellen. Durch dieses Verfahren erübrigt sich die Notwendigkeit, Produkte zu schleifen, was eine Massen produktion von Linsen bei niedrigen Kosten ermöglicht. Nachteilig ist bei diesem Verfahren jedoch, daß thermoplastische Kunststoffe im Vergleich zu Glas nach dem Gießen, wenn sie abgekühlt werden, stark schrumpfen. Hieraus resultiert, daß die Brennweite nicht genau festgelegt ist.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde ein verbessertes Verfahren vorgeschlagen, bei dem Kunststoff zwischen einer metallischen Gießform mit einer gewünschten op tischen Konfiguration und einem Glasgrundelement eingebracht und gehärtet wurde, um einen zusammengesetzten optischen Gegenstand herzustellen, der eine Kunst stoffschicht mit einer optischen Oberfläche zwischen dem Glasgrundkörper und der Gießform enthielt. Da diese Kunststoffschicht dünn ist, ist dieses Verfahren nicht nur geeignet, eine geringe thermische Ausdehnung und eine geringe Änderung des Brechnungsindex, unter Wärmeeinfluß zu gewährleisten, sondern es verhindert auch das Auftreten von Formänderungen und thermischen Schrumpfverlusten.

Das herkömmliche Verfahren für die Herstellung eines zusammengesetzten optischen Gegenstands enthält folgende Schritte:

a) Aufbringen eines Kunststoffs auf die Oberfläche einer Kunststoffgießform einer Linse oder eines Kunststoffgrundkörpers;
b) Bewegung einer Gießform mit einer gewünschten Form in Richtung auf die Ober fläche der Kunststoffgießform, um das aufgebrachte Kunststoffmaterial in eine dün ne, filmähnliche Kunststoffschicht zu verteilen;
c) Ermöglichung des Festsetzens der Kunststoffschicht und
d) Wegführen der Gießform.

Entsprechend zusammengesetzte optische Gegenstände und Verfahren zu ihrer Her stellung sind in den japanischen Offenlegungsschriften No. 60-56544, No. 60-73816, No. 61-283511, No. 62-288030 und No. 63-110410 beschrieben.

Bei dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren für die Herstellung eines zusammengesetzten optischen Gegenstands wird dann, wenn das Kunststoffmaterial auf das Grundelement versetzt vom Zentrum des Grundelements eingegeben wird oder wenn das eingebrachte Kunststoffmaterial nur eine sehr grobe Kreisform besitzt, das Kunststoffmaterial mittels der Gießform entweder mit einem vom Zentrum der Grundform versetzten Zentrum verteilt, oder es besitzt eine ovale Form. Es wird des halb gefordert, daß der Versatz der Position des ein gegebenen Kunststoffmaterials und die Abweichung der Form des eingegebenen Kunststoffmaterials von der wahren Kreisform weniger als 10 µm beträgt. Es ist jedoch schwierig, diese Genauigkeit zu gewährleisten, weil ein zusammengesetzter optischen Gegenstand Kunststoffmaterial von mehreren zehn bis mehreren hundert mm³ erfordert.

Außerdem neigt der Kunststoff dazu, ungleichmäßig verteilt zu werden, was durch die uneinheitliche Feuchtigkeit der Oberfläche des Grundelements und der Gießform bedingt ist. Folglich wurden Grundelemente und Gießformen mit unnötig großen Durchmessern eingesetzt, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen. Dies wiederum hatte die Produktion von unnötig großen und teuren optischen Gegenständen zur Folge, von denen jeder einen erforderlichen Mindestdurchmesser hatte, um die erforderliche optische Oberfläche vorzusehen. Die optischen Produkte mit den unnötig großen zusammengesetzten Gegenständen waren demzufolge ebenfalls sehr groß.

Es gibt ein weiteres Verfahren, bei dem ein unnötig großer Betrag an Kunststoffmate rial auf ein Grundelement gegeben und dann mittels einer Form verteilt wird, so daß das überschüssige Kunststoffmaterial aus der Form herausgedrückt wird. Dieses Ver fahren erfordert indessen eine Nachbehandlung, um das herausgedrückte Kunststoff material zu beseitigen.

Es ist weiterhin eine Linse bekannt, die teilweise aus Glas und teilweise aus Kunst stoff besteht (EP 0 206 396 B1, Spalte 3, Zeilen 32 bis 58 sowie Spalte 9, Zeilen 10 bis 51). Hierbei ist ein Glaskörper mit beispielsweise zwei sphärischen Oberflächen versehen, wobei auf einer oder auf beiden dieser Oberflächen ein weiches Kunststoff material aufgetragen wird, bei dem es sich um ein Material handelt, das mittels Wär meeinwirkung oder mittels UV-Licht ausgehärtet werden kann. Nachdem das Kunst stoffmaterial auf wenigstens einer der Oberflächen aufgebracht worden ist, wird eine Form mit einer im Vergleich zum gewünschten Linsenprofil negativen Oberflächen kontur auf das Kunststoffmaterial gedrückt. Die Form, mit welcher die Linse herge stellt wird, kann in der Weise ausgebildet sein, daß sich an den Enden der aufge brachten Kunststoffschicht Vorsprünge bilden, die vom Glaskörper weg nach außen gerichtet sind. Die inneren Abschrägungen dieser Vorsprünge werden sodann mit ei nem reflektierenden Belag versehen, so daß man eine Objektiv-Linse mit einem inte grierten Spiegel erhält, der die Form eines konischen Rings besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zusammengesetzten optischen Ge genstand mit einer Kunststoffschicht herzustellen, die eine hochgenaue Kreisform hat und exakt zentrisch zum Grundkörper liegt, auf dem sie aufgebracht wird, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und/oder 5 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der optische Gegenstand mittels eines Grundelements und einer Form hergestellt werden kann, die kleinstmögliche Abmessungen aufweisen, wobei keinerlei Positionsversatz und keine Abweichung von der Kreisform des Kunststoffmaterials auftritt. Der Einfluß der un gleichmäßigen Feuchtigkeit des Grundelements und der Gießform wird hierbei elimi niert. Das Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten optischen Gegen stands gemäß der Erfindung beinhaltet eine Ausführungsform, bei welcher die Ein kerbung im Grundelement mit einer Breite von 0,01 mm bis 0,5 mm und vorzugswei se von 0,05 mm bis 0,2 mm sowie eine Tiefe von 0,05 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,2 mm im Grundelement entlang der äußeren Peripherie angeformt ist, um die Kreisförmigkeit der Kunststoffschicht in ihrer auseinandergedrückten Form zu verbessern.

Der zusammengesetzte optische Gegenstand gemäß der Erfindung enthält somit ein Grundelement mit einer angeformten Einkerbung auf der äußeren Peripherie, wobei eine Kunststoffschicht mit ihrer äußeren Peripherie mit dem Grundelement entlang der Einkerbung verbunden ist.

Die auf diese Weise angeformte Einkerbung blockiert den Fluß von ungleichförmig sich ausbreitendem Kunststoffmaterial und zwingt das Kunststoffmaterial, entlang der Einkerbung zu fließen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teilquerschnitts eines zusammen gesetzten optischen Gegenstands, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist;

Fig. 2(a) bis (c) eine schematische Darstellung der Herstellung einer Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 3 einen schematischen Teilquerschnitt eines zusammengesetzten optischen Gegenstands mit einer Nut von rechteckigem Querschnitt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten optischen Gegenstands, der mittels eines Grundelements 1 mit einer V-förmigen Nut entlang dem äußeren Umfang des Grundelements 1 gegossen wurde. Der Gegenstand umfaßt das Grundelement 1 und eine Kunststoffschicht 2. Das Grundelement 1 weist eine V-för mige Nut 4 auf, die entlang dem äußeren Umfang des Grundelement geformt ist. Der äußere Umfangsbereich 5 der Kunststoffschicht 2 füllt die V-förmige Nut 4 im Grundelement 1 aus, so daß die Kunststoffschicht entlang ihrem äußeren Umfang mit dem Grundelement gebondet ist.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung der Form der Kunst stoffschicht des auf diese Weise gegossenen zusammengesetzten optischen Gegen stands im Vergleich zu den Ergebnissen der Messung der Form einer Kunststoff schicht eines zusammengesetzten optischen Gegenstands, der mit dem herkömmli chen Verfahren hergestellt wurde.

Tabelle 1

Die Spalte A der obigen Tabelle 1 bezieht sich auf den zusammengesetzten optischen Gegenstand, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, wäh rend sich die Spalte B der Tabelle auf einen zusammengesetzten optischen Gegen stand bezieht, der auf die herkömmliche Weise hergestellt wurde. Der in der Tabelle verwendete Begriff "Abweichung" bezeichnet den Abstand zwischen dem Zentrum des Linsenbasiselements und dem Zentrum der Kunststoffschicht, während der Be griff "wahre Kreisform" die tatsächliche Kreisform der Kunststoffschicht bedeutet.

Die Bemerkungen "O" der Tabelle bezeichnen die akzeptablen Merkmale, z. B. der optischen Gegenstände; dagegen bezeichnet die Markierung "X" in der Tabelle die nicht akzeptablen Merkmale, z. B. der optischen Gegenstände.

Die in der obigen Tabelle 1 miteinander verglichenen optischen Gegenstände wurden beide unter Verwendung eines Kunststoffs auf Urethan-Acrylat-Basis hergestellt, der mit Hilfe von UV-Licht ausgehärtet werden kann.

Die mit einer herkömmlichen Methode hergestellten Produkte wiesen den Nachteil auf, daß die Kunststoffschichten ungleichmäßig verteilt waren und teilweise aus der Gieß form herausragten. Außerdem verteilten sie sich nicht über den optisch erforderlichen Durchmesser, so daß die Zentren von Linsengrundelementen und Kunststoffschichten weit auseinander lagen und die Kunststoffschichten nicht exakt kreisförmig waren. Somit weisen die auf herkömmliche Weise hergestellten Produkte nicht das für den optischen Gegenstand erforderliche Qualitätsniveau auf. Dagegen breiteten sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kunststoffbelegungen zu den Formen aus, wie sie durch die V-förmige Nut definiert wurden. Es wurden keine Ab weichungen der Mittelpunkte und in der Kreisförmigkeit beobachtet.

Die V-förmige Nut der beschriebenen Ausführungsform kann alternativ auch U-för mig oder rechteckförmig ausgebildet sein. Außerdem kann die Kunststoffschicht auf der konvexen Oberfläche des Linsengrundelements statt auf der konkaven Oberfläche aufgebracht werden.

Im folgenden wird die Herstellung einer in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(c) beschrieben. Mit der Bezugszahl 20 ist eine Form bezeichnet, die eine gewünschte optische Konfiguration aufweist. Mit 21 ist als Grundelement ei ne Kunststofflinse aus thermoplastischem Material bezeichnet, die zuvor gegossen wurde. Die Kunststofflinse 21 besitzt eine Oberfläche, die eine V-förmige Nut 22 entlang dem äußeren Umfang aufweist. Mit der Form 20 wird auf eine Kunststoffbe legung 23 gedrückt.

Die V-förmige Nut 22 wurde unmittelbar durch maschinelle Herstellung der Kunst stofflinse 21 gebildet. Die Nut 22 kann jedoch auch dadurch hergestellt werden, daß ein Vorsprung einer Gießform bei dem Gießen der Linse 21 verwendet wird. Die V-förmige Nut 22 in der Kunststofflinse 21 hat eine Breite von 0,1 mm und einen Öffnungswinkel von 60°, gemessen zwischen den beiden Armen des V. Die Fig. 2(b) zeigt eine Kunststoffschicht 23a, die durch Ausdehnung der in der Fig. 2(a) dargestellten Kunststoffbelegung 23 gebildet wird und die einen äußeren Umfangsbereich 24 aufweist, der aufgefüllt und mittels der V-förmigen Nut 22 in der Kunststofflinse 21 gegossen ist. Außerdem zeigt die Fig. 2(c), wie die Form 20 von der Kunststoffschicht 23b mit der gewünschten Form, die auf die Kunststofflinse 21 gegossen wurde, weggenommen ist.

Bei einem auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten optischen Gegenstand 25 ist die Kunststoffschicht 23b in eine Form gebracht, die derjenigen Form ent spricht, die durch die V-förmige Nut in der Kunststofflinse definiert ist. Zentrumsabweichungen und schlechte Kreisförmigkeiten konnten nicht festgestellt werden.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wurde Kunststoff auf Urethan-Acrylat basis verwendet, das durch Ultraviolettstrahlen ausgehärtet werden kann. Die Kunst stofflinse bestand aus Polykarbonat. Um die Haftung zwischen der Kunststofflinse und der Kunststoffschicht zu verbessern, wurde eine Oberfläche der Kunststofflinse einer Oberflächenverbesserungsbehandlung ausgesetzt, indem Ultraviolettstrahlen kurzer Wellenlänge für 60 Sekunden auf die Linsenoberfläche gerichtet wurden.

Die Nut kann auch einen U-förmigen oder einen rechteckförmigen Querschnitt ha ben, wie man aus der Fig. 3 erkennt. Ferner kann die Kunststoffschicht statt auf der konkaven Oberfläche alternativ auch auf der konvexen Oberfläche der Kunststofflinse angegossen sein.

Wie man aus der vorstehenden Beschreibung erkennt, wird entsprechend dem zusam mengesetzten optischen Gegenstand und dem erfindungsgemäßen Herstellungsver fahren die Kunststoffschicht veranlaßt, eine Nut im Grundelement auszufüllen. Auf diese Weise wird die Kunststoffschicht über die Nut verteilt, um die Herstellung eines zusammengesetzten optischen Gegenstands zu gewährleisten, der eine Kunst stoffschicht mit exakter Kreisförmigkeit besitzt, deren Zentrum nicht relativ zum Zentrum des Linsengrundelements versetzt ist.

Claims

1. Zusammengesetzter optischer Gegenstand mit einem Grundelement (1, 55, 21) aus optisch durchsichtigem Material sowie mit einer Kunststoffschicht (2, 23a, 56, 23), die einen äußeren Umfang aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Grundelements (1, 55, 21), wobei die Kunststoffschicht (2, 23a, 56, 23) einen im wesentlichen senkrecht zu ihrer Oberfläche stehenden Vorsprung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

1.1 der Vorsprung auf das Grundelement (1, 55, 21) gerichtet und
1.2 das Grundelement (1, 55, 21) eine kreisringförmige Vertiefung (22) aufweist, in welche der Vorsprung (5) der Kunststoffschicht (2, 23a, 56, 23) eingreift.

2. Zusammengesetzter optischer Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Grundelement (1) eine V-förmige Vertiefung (4) aufweist, in die ein V-förmiger Vorsprung (5) der Kunststoffschicht (2) eingreift.

3. Zusammengesetzter optischer Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (5) der Kunststoffschicht (2) einen zur optischen Achse des Grundelements (1) geneigten Rand (4) aufweist.

4. Zusammengesetzter optischer Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung eine Breite von 0,01 mm bis 0,5 mm und eine Höhe von 0,05 mm bis 0,5 mm hat.

5. Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten optischen Gegenstands, bei dem ein Grundelement aus einem optisch durchsichtigen Material mit einer Kunststoffschicht versehen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) es wird ein Kunststoffmaterial (23) zwischen einem optischen Grundelement (21) mit einer kreisrunden Nut (22) und einem Formstempel (20) ohne Nut angeordnet;
b) das Kunststoffmaterial (23) wird zwischen Grundelement (21) und Formstempel (20) eingeschlossen und so lange zusammengedrückt, bis es in die Nut (22) des Grundelements (21) geflossen ist.