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Die
folgende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung von ophthalmischen
Linsen, gemeinhin bezeichnet als in ein Brillengestell zu montierende
Gläser.
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Sie
betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Fläche/Oberfläche einer
ophthalmischen Linse gemäß einer
gegebenen Verschreibung, sowie eine Einrichtung zur Umsetzung dieses
Verfahrens.
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Die
zu realisierende Fläche
kann sphärisch, asphärisch, zylindrisch/torisch,
atorisch oder im Allgemeinen eine komplexe Fläche, wie eine progressive Fläche sein,
ohne jedoch auf diese Art von Fläche begrenzt
zu sein.
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Derzeit
gibt es sehr hochentwickelte Maschinen, welche es erlauben, eine
Fläche
einer ophthalmischen Linse mit einer akzeptablen optischen Qualität in einem
einzigen Herstellungs-/Bearbeitungsschritt herzustellen. Dies impliziert
eine sehr geringe Vorschubgeschwindigkeit des Herstellungs-Bearbeitungswerkzeugs
und einen sehr geringen Bedeckungsdistanz dieses Werkzeugs auf der
herzustellenden Fläche,
eine große
Positionierungsgenauigkeit des Herstellungswerkzeugs an der Fläche und eine
sehr hohe Herstellungs-Bearbeitungszeit.
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Solche
Hochpräzisionsmaschinen
sind relativ teuer und die Bearbeitungszeiten zur Umsetzung sind
lange, was zu Herstellungskosten von ophthalmischen Linsen führt, die
sich für
eine industrielle Produktion verbieten.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein neues Verfahren vor, welches es erlaubt, eine Fläche einer ophthalmischen
Linse gemäß einer
gegebenen Verschreibung schnell zu realisieren, mithilfe von Maschinen,
welche eine geringere Präzision
benötigen, wobei
eine Fläche
einer Linse von guter optischer Qualität erreicht wird, welche zudem
kosmetischen Ansprüchen
genügt.
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Insbesondere
umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung
die folgenden Schritte:
- a) Bearbeiten/Fertigung
der Fläche/Oberfläche durch
Materialabtragung mittels Versetzen eines Schneidwerkzeugs entlang
einer durchgehenden Bahn in einer Umhüllung der zu erzielenden Fläche, um
Furchen/Rillen zu bilden, wobei zwei nebeneinander liegende Rillen
in einem konstanten Abstand im Bereich von 0,01 und 3 mm beabstandet
sind, dergestalt, dass eine Fläche
erzielt wird, die eine mittlere arithmetische Rauhigkeit Ra im Bereich
von 0,1 bis 0,7 μm
aufweist, und
- b) Glätten
der bearbeiteten Fläche
mittels Versetzen eines Glättwerkzeugs
entsprechend einer durchgehenden Bahn, die aus Wegen in einer Umhüllung der
zu erreichenden Fläche
gebildet wird, wobei zwei nebeneinander liegende Wege mit einem
konstanten Abstand im Bereich von 0,2 bis 3 mm beabstandet sind,
um eine Bandpassfilterung der Welligkeit dieser Fläche zu erzeugen, zwischen
einer tiefen Frequenz, die der Umhüllung der Fläche entspricht,
und einer hohen Frequenz, die einer Grundrauhigkeit entspricht,
dergestalt, dass eine geglättete
Fläche
erzielt wird, welche eine mittlere arithmetische Rauhigkeit Ra unter
0,1 μm aufweist.
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Vorzugsweise
wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
bei dem Schritt b) eine geglättete
Fläche
mit einer Rauhigkeit Ra im Bereich von 0,05 und 0,07 μm erreicht.
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Bei
dem Schritt a) und bei dem Schritt b) sind die Bahnen des Schneidwerkzeugs
und des Glättwerkzeugs
vorteilhafterweise Spiralen.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann
beispielsweise eine halbfertige Linse, welche eine gegossene/geformte
Fläche
aufweist, verwendet werden, wobei die andere Seite an die Verschreibung
des Trägers
angepasst ist.
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Es
kann auch ein Element verwendet werden, bei dem die beiden sphärischen
Seiten parallel sind, wobei die beiden Flächen gemäß dem Verfahren der Erfindung
modifiziert werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
nach dem Schritt b) einen Schritt c) des Aufbringens einer Lackschicht
auf die geglättete
Fläche,
um der Fläche
den Zustand einer polierten Fläche
zu verleihen.
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Dieser
letzte Schritt c) ersetzt den Poliervorgang, welcher ein langer
und langwieriger Schritt ist, und der ein spezielles Werkzeug für jede Flächengeometrie
notwendig macht.
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Beim
Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Dicke der auf der Fläche
aufgebrachten Lackschicht im Bereich von ungefähr 500 Ra und 800 Ra sein,
wobei Ra der Rauheit der Fläche
entspricht, die in Schritt b) erzielt worden ist.
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Erfindungsgemäß ist die
Dicke der an der Fläche
aufgebrachten Lackschicht zumindest im Bereich von 30 Ra und 200
Ra, wobei Ra der Rauheit der in Schritt b) erhaltenen Fläche entspricht.
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Der
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
im flüssigen
Zustand an der Fläche
aufgebrachte Lack weist vorzugsweise eine Viskosität bei 25°C im Bereich
von 1000 bis 3000 mPas auf, und einen Brechungsindex gleich dem
Brechungsindex der ophthalmischen Linse mit einer Toleranz von ± 0,01.
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Das
Bearbeiten des Schrittes a) kann durch Fräsen oder Drehen erreicht werden.
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Für den Fall
einer Bearbeitung durch Drehen kann beispielsweise eine Maschine
von der Art mit vertikaler Drehung verwendet werden, wie die von der
Firma SCHNEIDER hergestellte Maschine HSC 100 CNC. Eine solche Maschine
ist in der Patentanmeldung
EP
0 849 038 beschrieben.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Umsetzung des oben
genannten Verfahrens gemäß dem Anspruch
28.
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Vorzugsweise
umfasst erfindungsgemäß das Glättwerkzeug
der Glättmaschine
eine starre Halterung und ein mit der Halterung verbundenes Arbeitsorgan,
welches ringförmig
ist, und dessen Dimensionen gering bezüglich derjenigen der zu glättenden
Fläche
sind, aber vergleichsweise groß bezüglich der
zu beseitigenden Oberflächen-/Flächenfehler.
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Dieses
Arbeitsorgan umfasst in Überlagerung:
einen elastisch deformierbaren Kern von einer Harte im Bereich von
30 bis 80 Grad Shore A, eine elastisch deformierbare Oberflächenschicht,
deren Elastizität
aber geringer als diejenige des Kerns ist, und ein Schleifmittel-Film
oder einen Träger,
welcher ein Schleifmittel umfasst/antreibt, welches die Arbeitsfläche des
Arbeitsorgans ausbildet.
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Die
im Bezug auf die angefügten
Figuren folgende, lediglich als nicht einschränkendes Beispiel gegebene Beschreibung
wird verständlich
machen, worin die Erfindung besteht und wie sie durchgeführt werden
kann.
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In
den beigefügten
Zeichnungen:
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stellen
die 1 und 2 ein Organigramm von zwei Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dar;
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stellt
die 3 eine schematische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß ophthalmischen
Linse dar;
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ist
die 4a eine Detailschnittansicht eines Abschnitts
der Fläche
einer ophthalmischen Linse, welche nach dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
erhalten worden ist;
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ist
die 4b eine Detailschnittansicht eines Abschnitts
der Fläche
einer ophthalmischen Linse, die nach dem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
erhalten worden ist;
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ist
die 5 eine perspektivische schematische Ansicht und
eine Projektion in die Ebene X, Y der Bahn eines Fräswerkzeugs
bei dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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ist
die 6 eine schematische Teildarstellung einer Bearbeitungswerkzeugmaschine
der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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ist
die 7 eine schematische Teildarstellung einer Glättwerkzeugmaschine
der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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ist
die 8 eine axiale Schnittansicht des Glättwerkzeugs
der in der 7 dargestellten Werkzeugmaschine;
und
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stellt
die 9 schematisch einen Abschnitt einer Lackaufbringungsmaschine
der erfindungsgemäßen Einrichtung
dar.
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In
den 1 und 2 wurden Organigramme von zwei
Ausführungsformen
eines Herstellungsverfahrens einer Fläche einer ophthalmischen Linse gemäß einer
gegebenen Verschreibung dargestellt.
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Gemäß diesem
Verfahren wird vorzugsweise eine halbfertige Linse mit einer geformten/gegossenen
vorderen oder hinteren Seite verwendet, wobei die andere Seite gemäße dem Verfahren
an die geforderte optische Verschreibung angepasst ist. Gemäß dem Verfahren
der Erfindung können
genauso gut die beiden Flächen/Oberflächen der
Linse erhalten/hergestellt werden.
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Eine
gemäß dem Herstellungsverfahren, welches
hiernach beschrieben wird, erhaltene ophthalmische Linse L ist insbesondere
in der 3 dargestellt.
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Hier
ist die Fläche
S1 der ophthalmischen Linse L, welche gemäß den beschriebenen
Herstellungsverfahren an die Beschreibung angepasst ist, die hintere
konkave Fläche
S1, wobei die vordere konvexe Fläche S2 mittels Gießen/Formen erhalten wird.
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Das
dargestellte Herstellungsverfahren umfasst einen ersten Schritt
a), welcher ein Bearbeitungsschritt der Fläche mittels Materialabtragung
ist, in dem ein Fräswerkzeug
entlang einer kontinuierlichen Bahn in einer Umhüllung der zu erreichenden Fläche versetzt
wird, um Rillen/Furchen 2 (siehe 4a) auszubilden/zu
erzeugen, wobei zwei benachbarte Rillen 2 mit einem konstanten
Abstand/Schritt P im Bereich von 0,01 und 3 mm beabstandet sind,
dergestalt, dass eine Fläche
erzielt wird, welche eine mittlere arithmetische Rauhigkeit Ra im
Bereich von ungefähr
0,1 bis 0,7 μm
aufweist.
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Um
die mittlere arithmetische Rauhigkeit Ra der Fläche zu bestimmen, wird vorteilhafterweise
ein Profilmessgerät/Rauhigkeitsmesser
FTS (Form Talysurf Series), vertrieben insbesondere durch die Firmal
TAYLOR HOBSON, verwendet.
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Dieser
Apparat umfasst einen Laserkopf (beispielsweise einen Kopf, welcher
die Referenz 112/2033-308 hat), einen Fühler (Referenz 112/1836) der
Länger
70 mm, ausgerüstet
mit einem sphäro-zylindrischen
Kopf mit Radius 2 mm.
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Dieser
Apparat misst in der gewählten Schnittebene
ein Profil in zwei Dimensionen. Die Aufnahme des Profils wird in
dem vorliegenden Fall über 10
mm durchgeführt,
was es erlaubt eine Kurve Z = f(x) zu erhalten.
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Aus
diesem Profil können
verschiedene Merkmale der Fläche,
und insbesondere die Form, Welligkeit und Rauhigkeit erhalten werden.
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Um
die Rauhigkeit Ra zu bestimmen, wird das Profil zwei verschiedenen
Behandlungen unterzogen, dem Abrufen der Form und ein Filtern, welches
dem Ermitteln der mittleren Linie entspricht.
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Die
verschiedenen Schritte zum Bestimmen eines solchen Parameters Ra
sind somit die folgenden:
- – Akquisition des Profils Z
= f(x),
- – Ermitteln
der Form,
- – Filtern
(Ermitteln der mittleren Linie), und
- – Bestimmen
des Parameters Ra.
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Der
Akquisitionsschritt des Profils besteht darin, an der Fläche der
infrage stehenden Linse den Stift/das Stylet des zuvor genannten
Apparates zu versetzen, um die Höhen
Z der Fläche
in Abhängigkeit
von der Versetzung X aufzunehmen.
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Bei
dem Schritt des Ermittelns der Form wird das im zuvor genannten
Schritt erhaltene Profil an eine ideale Sphäre/Kugeloberfläche angenähert, d. h.
eine Kugel/Sphäre,
für welche
die Abstände
des Profils bezüglich
zu dieser Sphäre
minimal sind. Der hier gewählte
Modus ist LS arc, Ermitteln des besten Kreisbogens.
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Dies
erlaubt somit eine Kurve zu erhalten, die repräsentativ für die Merkmale des Profils
der Fläche
im Bezug auf die Welligkeit und die Rauhigkeit ist.
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Der
Filterschritt erlaubt, lediglich die Fehler, welche einer bestimmten
Wellenlänge
entsprechen, zu behalten. In diesem Fall wird lediglich darauf abgestellt,
die Welligkeiten, Fehler auszuschließen, deren Wellenlänge größer sind
als die Wellenlänge
der auf der Rauhigkeit beruhenden Fehler. Der Filter ist hier ein
Gauß'scher Filter, der
verwendete Schnitt ist bei 0,08 mm.
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Ausgehend
von der erhaltenen Kurve wird die mittlere arithmetische Rauhigkeit
Ra gemäß der folgenden
Formel bestimmt:
wobei Z
n für jeden
Punkt der algebraische Abstand Z bezüglich der mittleren beim Filtern
kalkulierten Linien ist.
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Vorzugsweise
ist die Bahn des Fräswerkzeugs
bei diesem Schritt eine Spirale (siehe 5) deren
Projektion in der horizontalen Ebene X, Y eine Spirale 1 mit konstantem
Abstand/Schrittweite ist.
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Bei
diesem Schritt a) ist es möglich,
eine Drehrichtung des Fräswerkzeugs
zu wählen,
so dass es im Gegenlauf oder im Gleichlauf arbeitet.
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Hier
weist das Fräswerkzeug
beim Schritt a) vorzugsweise eine Drehrichtung im Gleichlauf auf.
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Zudem
ist beim Schritt a) die Spantiefe des Fräswerkzeugs im Bereich von 4
bis 0,05 mm und der Vorschub per Zahn des Fräswerkzeugs ist im Bereich von
0,05 und 0,03 mm.
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Der
Vorschub pro Zahn entspricht einer Versetzung des Fräswerkzeugs
an der Fläche
der Linse zwischen dem Passieren von zwei aufeinanderfolgenden Zähnen dieses
Werkzeugs.
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Vorzugsweise,
wie dieses in den 1 und 2 dargestellt
ist, unterteilt sich der Schritt a) dieses Herstellungsverfahrens
in drei Unterschritte:
- 1) einen Vorbereitungsschritt,
welcher die folgenden Parameter aufweist:
der Abstand/die Schrittweite
der Bahn des Fräswerkzeugs
ist in der Größenordnung
von 3 mm,
die Spantiefe des Fräswerkzeugs ist in der Größenordnung
von 4 mm,
der Vorschub pro Zahn des Fräswerkzeugs ist in der Größenordnung
von 0,05 mm,
- 2) ein Vor-Feinbearbeitungsschritt/Halbfertigungsschritt, welcher
die folgenden Parameter aufweist:
der Abstand/die Schrittweite
der Bahn des Fräswerkzeugs
ist in der Größenordnung
von 2 mm,
die Spantiefe des Fräswerkzeugs ist in der Größenordnung
von 0,1 mm,
der Vorschub pro Zahn des Fräswerkzeugs ist in der Größenordnung
von 0,04 mm und
- 3) ein Feinbearbeitungsschritt/Endbearbeitungsschritt, welcher
die folgenden Parameter aufweist:
der Abstand/die Schrittweite
der Bahn des Fräswerkzeugs
ist in der Größenordnung
von 1 mm,
die Spantiefe des Fräswerkzeugs ist in der Größenordnung
von 0,05 mm,
der Vorschub pro Zahn des Fräswerkzeugs ist in der Größenordnung
von 0,03 mm.
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Bei
dem Vorbereitungsschritt, dem Vor-Feinbearbeitungsschritt und dem
Feinbearbeitungsschritt bleibt die Bahn des Fräswerkzeugs eine Spirale, und die
Drehrichtung des Fräswerkzeugs
ist, wie zuvor genannt, festgelegt, so dass sie im Gleichlauf arbeitet.
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Bei
dem Vorbearbeitungsschritt wird der Materialabtrag an der zu bearbeitenden
Fläche
durch die maximale Kapazität
des Fräswerkzeugs
festgelegt. Wenn diese Kapazität
geringer als die abzutragende Materialdicke ist, muss in Betracht
gezogen werden mehrere Durchgänge
auszuführen.
Die Materialabtragungen an der Oberfläche der zu bearbeitenden Linse
beim Vor-Feinbearbeitungsschritt
und beim Feinbearbeitungsschritt sind in Abhängigkeit der an der Linse durch
das Fräswerkzeug
beim vorherigen Vorbearbeitungsschritt kreierten Fehler festgelegt.
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Der
Schritt a) wird mithilfe einer Werkzeugmaschine durchgeführt, von
der ein prinzipielles Schema in der 6 dargestellt
ist. Diese Maschine ist Teil einer Einrichtung zur Umsetzung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Sie ist vom Typ Werkzeugmaschine mit numerischer/digitaler Steuerungseinheit
und umfasst einen in Translation entlang einer vertikalen Achse
A versetzbaren Träger 40 für die Linse,
wobei die Translation mittels der Pfeile Z in der 6 gekennzeichnet
ist. Dieser Träger 40 kann auch
in Rotation versetzt werden (gekennzeichnet durch den Pfeil R1) um die Längsachse des Zapfens 100,
welcher den Träger 40 trägt. Hier
ist die Längsachse
eine vertikale Achse. Darüber
hinaus umfasst diese Werkzeugmaschine ein Fräswerkzeug 10, welches
in Translation entlang einer horizontalen, durch die Pfeile X dargestellten
Achse versetzbar und bezüglich
einer vertikalen Achse neigbar ist, wobei die Neigung in der 6 durch
die Pfeile B gekennzeichnet ist. Das Fräswerkzeug 10 kann
um die vertikale Achse A in Rotation versetzt werden, wobei die
Rotation in der 6 durch die Pfeile R2 gekennzeichnet ist. Die Fortbewegungen
des Trägers 40 und
des Fräswerkzeugs 10,
d. h. die Translations-Z und Rotations-R1-bewegungen
des Trägers 40 und
die Translations-X und Neigungs-B-bewegungen des Fräswerkzeuges
werden gleichzeitig durch die numerische Steuerungseinheit gesteuert,
wobei die Rotation R2 des Fräswerkzeugs 10 in
der Geschwindigkeit von der numerischen Steuerungseinheit gesteuert wird.
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Aufgrund
der Steuerung mittels der numerischen Steuerung der Bearbeitungswerkzeugmaschine
kann entlang der in der 5 gekennzeichneten Achse Z das
Modell der herzustellenden Fläche
an der ophthalmischen Linse verfolgt werden (einen berechneten Abstand
in Abhängigkeit
der Tiefe bei jedem Schritt des Fräswerkzeugs mittelnd).
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Eine
solche Bearbeitungswerkzeugmaschine mit numerischer Steuerung ist
insbesondere in der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 685 298 beschrieben.
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Im
Allgemeinen beschreibt dieses Dokument eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Herstellung einer Fläche einer Linse, bei der zunächst die
Art der Formgebung gewählt
wird, gemäß der eine
sphärische
oder asphärische
Formgebungskontur spezifiziert ist. Danach folgt die Wahl der Art
der Geometrie, welche konvex, konkav oder eben sein kann. Die entsprechenden
Geometrieparameter, wie der Krümmungsradius,
der äußere Durchmesser,
die Mittendicke der Linse etc. und die Formgebungsparameter des
Werkzeugs, wie der effiziente Durchmesser des Randabschnitts, sein
Lippendurchmesser, sein Ableitwinkel, seine Vorschubgeschwindigkeit
und die Anzahl der Schritte des Werkzeugs werden daraufhin eingegeben.
Damit wird die Bahn des Werkzeugs in der Steuerungseinheit berechnet
und es folgt die Formgebung der Linse entlang der Bearbeitungs-/Formgebungskontur.
Folgend auf diese Arbeitsphase des Schleifens und/oder des Polierens wird
die Oberfläche
erkundet, was verwendet wird um Korrekturdaten zu erhalten, welche
für eine
Begradigung der Bahn des Werkzeugs für eine weitere Formgebung verwendet
werden kann (siehe insbesondere Spalte 7, Zeilen 16 bis 36).
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Das
Fräswerkzeug 10 der
Bearbeitungswerkzeugmaschine, welches den Schritt a) umsetzt bietet
verschiedene Geometrien, Sphäre,
Zylinder oder andere, und wird mit verschiedenen Materialien, beispielsweise
Karbid oder polykristallinen Diamanten durchgeführt.
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Der
Radius des Fräswerkzeugs
muss an die Krümmungen
der zu formenden Fläche
S1 angepasst sein um Interferenzprobleme
mit der Fläche
oder der Spantiefe zu vermeiden.
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Während dem
Schritt a) des in drei Unterschritte unterteilten Bearbeitens, wird
das Fräswerkzeug
geschmiert/gekühlt
um sein Erwärmen
zu vermeiden. Diese Schmierung ist vorzugsweise mit einer Emulsion
ausgeführt,
die eine Mischung aus Wasser und Öl (5 % Öl) ist. Diese Schmierung ist
vorteilhafterweise gerichtet und unter Druck, um ein Entfernen der
Späne bei
der Herstellung/Bearbeitung und einer Reinigung des Fräswerkzeugs
durchzuführen.
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Am
Ende des Bearbeitungsschritts a) umfasst die bearbeitete Fläche S1, dargestellt im Detail in der 4a,
mittels des Fräswerkzeugs
ausgebildete Rillen 2, wobei zwei benachbarte Rillen 2 mit
einer Schrittweite P beabstandet sind, welche die Schrittweite der
Bahn des Fräswerkzeugs
ist. Diese regelmäßig beabstandeten
Rillen 2 bilden Wellen/Welligkeiten an der bearbeiteten
Fläche
aus. Die bearbeitete Fläche
S1 weist eine von dem Schneidwerkzeug generierte
Rauhigkeit (mittlere arithmetische Rauhigkeit Ra) auf, welche hier
im Bereich von 0,1 bis 0,7 μm
liegt. Zudem ruft eine Passage/ein Gang des Fräswerkzeugs Brüche und
Beschädigungen
unter der Oberfläche
F hervor, welche eine maximale Länge
l der Größenordnung
von 5 μm
aufweisen.
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Gemäß dem dargestellten
Verfahren folgt dem Bearbeitungsschritt a) ein Glätteschritt
b), währenddessen
versucht wird die hervorgerufenen/hergestellten Wellen/Welligkeiten
an der bearbeiteten Fläche
S1 zu eliminieren, die Brüche zu reduzieren und
die Rauhigkeit dieser Fläche
zu modifizieren um eine Rauhigkeit geringer als 0,1 μm zu erhalten.
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Der
Schritt b) des Glättens
des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin ein Glättwerkzeug gemäß einer
kontinuierlichen Bahn, die aus Wegen in einer Umhüllung der
zu erzielenden Fläche
gebildet ist, zu versetzen, wobei zwei aneinander grenzende Wege
mit einer konstanten Schrittweite im Bereich von 0,2 bis 3 mm beabstandet
sind um eine Band-Pass-Filterung
der Welligkeiten dieser Fläche zu
erreichen, zwischen einer unteren Frequenz, welche der Flächenumhüllung entspricht,
und einer oberen Frequenz, welche einer Grundrauhigkeit entspricht.
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Die
Bahn des Glättwerkzeugs
während
dem Schritt b) des Glättens
ist eine Spirale mit konstanter Schrittweite.
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Die
Schrittweite/Abstand zwischen zwei benachbarten Wegen der Bahn des
Glättwerkzeugs beim
Schritt b) ist vorteilhafterweise im Bereich zwischen 0,40 und 1,25
mm und vorzugsweise gleich 0,625 mm.
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Die
in Schritt b) erhaltene geglättete
Fläche S1 ist insbesondere in der 4b dargestellt
und weist vorzugsweise eine Rauhigkeit im Bereich von 0,05 und 0,07 μm auf.
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Der
Schritt b) des Glättens
wird mithilfe einer Glättmaschine
durchgeführt,
deren Prinzipschema in der 7 dargestellt
ist.
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Diese
Glättmaschine
ist eine Maschine von der Art einer Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerungseinheit,
welche einen in Translation entlang der vertikalen Achse Ym versetzbaren Träger 40 für die Linse
umfasst, und wobei er in Drehung um eine parallele vertikale Achse
A versetzt werden kann, wobei die Drehung durch das Bezugszeichen Zm
in der 7 gekennzeichnet ist. Die Glättmaschine umfasst auch ein
Glättwerkzeug 10,
welches von einem Zapfen 13 getragen wird, der dazu geeignet ist,
es zu ermöglichen
dieses Werkzeug in Drehung zu versetzen. Die Drehung des Werkzeugs 10 erfolgt um
die vertikale Antriebsachse A in Drehung des Trägers, und ist mittels des Bezugszeichens
Bm in der 7 gekennzeichnet. Zudem ist
dieses Glättwerkzeug 10 in
Translation entlang der horizontalen Achse Xm versetzbar und bezüglich der
vertikalen Achse, um welche es in Rotation angetrieben ist, neigbar, wobei
die Neigung in der 7 durch das Bezugszeichen Cm
gekennzeichnet ist.
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Ganz
wie bei der Bearbeitungsmaschine werden die Vorschubbewegungen des
Trägers
und des Werkzeugs, d. h. die Translations- und die Rotationsbewegungen
des Trägers 40 und
die Translation und Neigungsbewegungen des Glättwerkzeugs 10 gleichzeitig
von der numerischen Steuereinheit der Glättmaschine gesteuert, wobei
die Drehung des Glättwerkzeugs 10 in
der Geschwindigkeit durch die numerische Steuerungseinheit gesteuert
wird.
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Auch
hier ist die Glättwerkzeugmaschine
von der Art derjenigen, welche in dem europäischen Patent Nr.
EP 0 685 298 beschrieben ist.
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Die
Versatzgeschwindigkeit entlang der Achsen wird bestimmt, um eine
quasi konstante Vorschubgeschwindigkeit des Glättwerkzeugs 10 an
der zu glättenden
Fläche
zu erzielen.
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Das
Glättwerkzeug 10 der
Glättmaschine
ist insbesondere in der 8 dargestellt.
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Dieses
Glättwerkzeug 10 umfasst
einen festen Träger 11 und
ein mit dem Träger 11 verbundenes
Arbeitsorgan 12, welches ringförmig ist und geringe Dimensionen
aufweist bezüglich
derjenigen der zu glättenden
Flächen,
jedoch große
(Dimensionen) bezüglich
der zu eliminierenden Fehler.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weist das Arbeitsorgan 12 einen inneren Durchmesser D1 im
Bereich von 6 bis 10 mm auf und einen äußeren Durchmesser D2 im Bereich
von 10 bis 15 mm auf, vorzugsweise ist der innere Durchmesser D1
in der Größenordnung
von 6 mm und der äußere Durchmesser
D2 ist in der Größenordnung
von 10 mm.
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Der
starre Träger 11 wird
von dem Stift 13 getragen und er formt, in einem Hohlraum,
an seiner transversalen Fläche 14 gegenüber dem
Stift 13, d. h. an seiner freien Fläche, eine ringförmige Aufnahme 15,
an deren Boden das Arbeitsorgan 12 angebracht ist. Tatsächlich ist
das Arbeitsorgan 12 am Boden 16 der ringförmigen Aufnahme 15 des
Trägers 11 befestigt/angebracht.
Das Arbeitsorgan 12 springt aus dem Träger 11 hervor, d.
h. von der freien Fläche/Randfläche 14 von
letzterem.
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Zudem
ist der Boden 16, die ringförmige Aufnahme 15 des
starren Trägers 11 durch
zwei koaxiale laterale Flächen 17, 18 begrenzt
und an der Rotationsachse A des Werkzeugs ausgerichtet, und sich
im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden 16 erstreckend.
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In
der in der 8 dargestellten Ausführungsform
umfassen die lateralen Flächen 17, 18 der ringförmigen Aufnahme 15,
in einem Hohlraum, eine Entladevertiefung 19.
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Diese
Entladevertiefung 19 erstreckt sich in dem Mittelbereich
der Seitenflächen 17, 18 an
ungefähr
der Hälfte
ihrer Höhe,
und in der dargestellten Ausführungsform
ist ihr Boden 20 zylindrisch, wobei er bezüglich der
Rotationsachse A des Glättwerkzeugs
ausgerichtet ist.
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Zudem
ist in der in der 8 dargestellten Ausführungsform
das Arbeitsorgan 12 selbst durch die zylindrischen lateralen
Flächen 21, 22 begrenzt und
es bedeckt die Gesamtheit des Bodens 16 der ringförmigen Aufnahme 15 des
Trägers 11.
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Der
ringförmige
Abschnitt des Arbeitorgans ist auf der Antriebsdrehachse A des Stifts 13 des Glättwerkzeugs
zentriert.
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In
der in der 8 dargestellten Ausführungsform
umfasst das Glättwerkzeug
in Überlagerung
drei Abschnitte 12A, 12B, 12C.
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Der
erste Abschnitt des Arbeitsorgans 12 des Glättwerkzeugs
ist ein elastisch deformierbarer Kern 12A.
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Dieser
elastisch deformierbare Kern 12A ist beispielsweise ein
Elastomer, wobei seine Elastizität in
Abhängigkeit
des gewünschten
Deformationsvermögens
und der im Betrieb auszuhaltenden Andrückkraft gewählt ist.
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Beispielsweise
ist die Harte dieses elastisch deformierbaren Kerns 12A im
Bereich von 30 bis 80 Grad Shore A und vorzugsweise im Bereich von
40 bis 70 Grad Shore A und beispielsweise gleich 40 Grad Shore A.
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Wie
dies in der 8 dargestellt ist, erstreckt sich
der elastisch deformierbare Kern 12A von dem Träger 11 aus,
so dass er von der freien Fläche/Randfläche 14 dessen
hervorspringt.
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Weiter
umfasst das Arbeitsorgan 12 eine elastisch deformierbare
Schicht 12B, deren Elastizität jedoch geringer ist als die
des Kerns 12A.
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Während der
elastisch deformierbare Kern 12A die Aufgabe hat, die Deformationen
der bearbeiteten optischen Fläche
zu schlucken, um eine Anpassung der Gesamtheit dieser optischen
Fläche
zu erlauben, ist es die Aufgabe der Oberflächenschicht 12B der
Gesamtheit die notwendige Steifigkeit zu verleihen, um die gewünschte Glättung zu
erlauben.
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Beispielsweise
ist diese Oberflächenschicht 12B aus
Polyurethan.
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Auch
umfasst das Arbeitsorgan einen Schleifmittelfilm 12C oder
einen Träger,
welcher ein Schleifmittel umfasst, welches die Arbeitsfläche 24 des
Arbeitsorgans ausbildet.
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Der
Schleiffilm 12C ist beispielsweise aus Diamant ausgeführt, welche
eine Körnung
im Bereich von 1 bis 15 μm,
beispielsweise gleich 6 μm
umfasst.
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Beispielsweise
sind die 3 Bestandteile des Arbeitsorgans 12, das heißt der elastisch
deformierbare Kern 12A, die Oberflächenschicht 12B und
der Schleifmittelfilm 12C miteinander mittels kleben verbunden
und dieses Arbeitsorgan 12 selbst mittels Kleben mit dem
Träger 11 verbunden.
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Das
in den 1 und 2 dargestellte Herstellungsverfahren
umfasst vorteilhafterweise nach dem Schritt b) des Glättens einen
Schritt c) des Aufbringens einer Lackschicht V auf der geglätteten Fläche, um
der Fläche
S1 den Zustand einer polierten Fläche zu verleihen.
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Bei
diesem Schritt wird auf der geglätteten Fläche eine
Lackschichtdicke im Bereich von 500 Ra bis 800 Ra aufgebracht, wobei
Ra der Rauigkeit der in dem Schritt b) des Glättens erzielten Fläche entspricht.
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Die
Dicke der auf der Fläche
aufgebrachten Lackschicht ist mindestens im Bereich von 30 Ra bis 200
Ra, wobei Ra der Rauhigkeit der im vorhergehenden Schritt b) erzielten
Fläche
entspricht.
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Der
im flüssigen
Zustand auf der geglätteten Fläche S1 aufgebrachte Lack weist eine Viskosität bei 25°C im Bereich
von 1000 bis 3000 mPas auf.
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Zudem
weist er einen Brechungsindex gleich dem Brechungsindex des Substrats
auf, das heißt der
ophthalmischen Linse mit einer Toleranz ± 0,10.
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Somit
stellen der Lack und die Linse eine einzige Dioptrin dar.
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Als
Lack kann ein acrylartiges oder epoxyartiges Material verwendet
werden.
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Beispielsweise
kann die flüssige
Lackzusammensetzung umfassen:
- – ein Polyacrylat-
oder Poly(meth)acrylat-Monomer und gegebenenfalls ein (Meth)Acryloxysilan oder
ein
- – ein
Monomer mit Epoxy-Funktion(en) oder deren Mischungen.
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Diese
Zusammensetzung umfasst zumindest ein Polyacrylat-monomer oder zumindest
ein Monomer mit Epoxy-Funktion(en). Sie kann eine Mischung aus Diacrylat-
und Triacrylat-Monomeren
umfassen. Das Diacrylatmonomer umfasst somit vorzugsweise ein aliphatisches
Polyesterurethan-Diacrylat und ist aus Trimethylolpropan-Etoxyletriacrylat
und Pentaerythrit- Triacrylat
gewählt.
Das Gewichtsverhältnis
Diacrylat/Triacrylat variiert vorteilhafterweise von 50:50 bis 40:60.
Die in Schritt c) verwendete flüssige
Lackzusammensetzung kann auch eine Mischung aus einem Monoacryloxysilan
und einem Polyacrylat sein. Das Polyacrylat umfasst dann die Pentaerythrit-Pentaacrylat.
Die flüssige
Lackzusammensetzung umfasst zudem coloidales Silizium und ein halogenisiertes,
und vorzugsweise bromiertes Epoxyacrylat-Oligomer und gegebenenfalls ein Acrylatmonomer
mit einem Index geringer als mindestens 0,1 bezüglich dessen von halogenisiertem Epoxyacrylat.
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Wie 9 insbesondere
zeigt, umfasst die Maschine zum Aufbringen der Lackschicht an der
geglätteten
Fläche
der Linse vorteilhafterweise einen Träger 1001 für die Linse,
welcher um eine vertikale Achse X2 in Rotation
R angetrieben werden kann und einen Arm 1003, welcher eine
Düse 1002 zur
Verteilung des flüssigen
Lacks mit geringem Druck trägt, bezüglich dem
Träger 1001 in
Translation versetzbar, entlang den Achsen X1 (horizontal)
und Y1 (vertikal).
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Das
Aufbringen des Lacks auf der Fläche kann
mit dieser Maschine auf drei verschiedene Arten erfolgen.
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Es
kann vorgesehen sein, die gesamte Menge des Lacks in der Mitte der
Fläche
S1 der angehaltenen Linse aufzubringen.
Die Düse 1002 ist
also auf der Rotationsachse X2 des Trägers 1001 zentriert.
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Dabei
erfolgt die Verteilung des Lacks mittels Zentrifugieren, wobei die
Linse um die Achse X2 in Rotation versetzt
wird.
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Das
entspricht dem in der 1 dargestellten Verfahren.
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Die
Verteilung des Lacks wird mittels langsamen Zentrifugieren erreicht,
wobei die Drehung der Linse in Beschleunigung, Geschwindigkeit und
Dauer gesteuert wird, um ein Maximum an Lack zu erhalten.
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Beispielsweise
kann die Verteilung realisiert werden, indem die Linse in Drehung
mit 500 U/min für
eine Dauer von 10 Sekunden angetrieben wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
genannt halbdynamisch, wird die Düse in einer festen Position
gehalten, zentriert an der Achse X2 des
Trägers 1001,
wobei das Aufbringen erfolgt, während
die Linse in Rotation angetrieben ist.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform,
welche insbesondere in der 2 dargestellt
ist, kann das Aufbringen der Lackschicht realisiert werden, indem
die Drehung der Linse um die Achse X2 und
die Versetzung des Arms 1003, vom Zentrum zum Rand der
Linse hin oder vom Rand zum Zentrum der Linse, mittels Translation
des Arms 1003 entlang der Achse X1 kombiniert
wird.
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Dies
entspricht einem dynamischen Aufbringen des Lacks auf der Linse,
was sich als vorteilhaft erweisen kann um Flächen mit starker zylindrischer Komponente
zu bedecken.
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Daraufhin
wird mit dem Spannen des Lacks an der Fläche fortgefahren, indem die
Linse in Rotation versetzt wird mit einer Geschwindigkeit gleich ungefähr 1000
U/min. Die Dauer des Lackspannschrittes ist von der Größenordnung
50 Sekunden.
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Die
Lackverteilungsdüse
hat einen geringen Druck in der Größe von 0,7·105 Pa,
um ein Aufbringen des Lacks ohne Blasen zu erreichen.
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Die
Fallhöhe
des Lacks ist durch das Versetzen des Arms 1003 entlang
der Achse Y1 parametrisierbar, bleibt aber
während
des Aufbringens des Lacks auf der Linse konstant.
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Nachdem
die Lackschicht, auf der Linse aufgebracht ist, egal ob dies durch
ein statisches, halb-dynamisches oder dynamisches Aufbringen gemäß den in
den 1 und 2 dargestellten Verfahren erfolgt
ist, wird der Lack für
eine Dauer im Bereich von 2 bis 3 Minuten bei Umgebungstemperatur (im
Bereich von 25 bis 30°C)
ruhen gelassen. Die Ruhezeit des Lacks bei Umgebungstemperatur erlaubt es
die Qualität
der Politur zu verbessern.
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Danach
folgt der letzte Schritt der Polymerisierung des Lacks, welcher
hier vorteilhafterweise mittels Photopolymerisierung der Lackschicht
vorzugsweise mit ultravioletter Bestrahlung erzielt wird. Diese
Art der Polymerisierung ist schneller als die thermische Art, und
kann bei Umgebungs-/Raumtemperatur erfolgen. Es ist also notwendig,
dass der Lack photopolymerisierbar ist.
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Mit
dem beschriebenen Verfahren wird somit eine Linse L erhalten, wie
sie in der 3 dargestellt ist, welche eine
geglättete
konkave Fläche
S1, bedeckt von einer Lackschicht V umfasst,
welche ihr den Zustand einer polierten Fläche verleiht, die beispielsweise
eine Lackdicke von ungefähr
40 μm aufweist.
Nach dem Schritt a) weist die Fläche
der Linse eine Rauhigkeit Ra in der Größenordnung von 0,18 μm auf.
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Nach
dem Schritt b) weist die Fläche
eine Rauhigkeit Ra in der Größenordnung
von 0,06 μm auf.
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Die
aufgebrachte Lackdicke entspricht somit in diesem Beispiel ungefähr 670 Ra.
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In
diesem Beispiel ist die Linse aus einem wärmehärtbaren Material, insbesondere
aus einem Poly(Allyl-Diethylen-Glykol-Carbonat) mit einem Brechungsindex
in der Größenordnung
von 1,50 und vorzugsweise gleich 1,502.
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Hier
ist der Brechungsindex der Lackschicht gleich 1,50 und vorzugsweise
gleich 1,502. Die konvexe Fläche
S2 der in der 3 dargestellten
Linse wird direkt durch Gießen/Formung
erhalten.
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Im
Allgemeinen kann vorgesehen sein, dass die Linse einen Brechungsindex
von kleiner oder gleich 1,55 aufweist, und dass sie durch Polymerisierung
einer Zusammensetzung auf Basis von Diethylenglykol-bis-(Allylcarbonat)
erhalten wird.
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Sie
kann auch einen Brechungsindex größer 1,55 und einen Brechungsindex
in der Größenordnung
von 1,590 aufweisen und dann aus einem Polymer basierend auf Bisphenol-A-Polycarbonat bestehen.