DE60220743T2

DE60220743T2 - Verfahren zur Herstellung von einem optischen Gegenstand, Form zur Ausführung dieses Verfahrens und ein so hergestellter optischer Gegenstand

Info

Publication number: DE60220743T2
Application number: DE60220743T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Gasquet
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: EP1262308A3; US7083746B2; FR2825045B1; EP1262308A2; JP2003098320A; FR2825045A1; DE60220743D1; EP1262308B1; US20020175429A1; ATE365100T1; ES2289063T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Teile und insbesondere solche Teile, die diskontinuierliche Oberflächen aufweisen, um zum Beispiel Fresnel- bzw. Stufen-Linsen oder -Prismen zu bilden. Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger optischer Teile.
Derartige optische Teile erhält man allgemein durch Formgießen eines Kunststoffs oder Thermoplasts wie etwa Polymethylmethacrylat (PMMA) in einem Formwerkzeug. Das Formwerkzeug kann verschiedene Teile umfassen, die durch die Komplexität der Form des zu erzielenden optischen Teils bestimmt sind.
In der US-A-4 948 537 , EP-A-844 056 und JP-A-56 017 229 (Zusammenfassung) sind Verfahren, Formwerkzeuge und Produkte gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 7, 8 beschrieben.
1 zeigt einen Teil eines Formwerkzeugs, das zum Formen von Teilen mit diskontinuierlicher Oberfläche bestimmt ist. Ein solches Formwerkzeug umfasst auf bekannte Weise durch Platten gebildete Einsätze wie die mit 10, 20, 30, 40 gekennzeichneten, die mit sehr hoher Präzision bearbeitet sind, die sowohl aufgrund der Form des zu formenden Teils, bestimmt durch die Oberflächen 11, 21, 31, die in der eigentlichen Kavität des Formwerkzeugs jeweils die aktiven Oberflächen des optischen Teils bilden, als auch aufgrund ihrer Seiten 12, 13, 22, 23, 32, 33, 42, 43 erforderlich ist, die dazu bestimmt sind, miteinander in Kontakt zu gelangen und neutrale Oberflächen des optischen Teils zu bilden. Jede Platte entspricht einer der Diskontinuitäten des zu fertigenden optischen Teils.
Gemäß einer Konvention wird in der vorliegenden Beschreibung als aktive Oberfläche des optischen Teils eine Oberfläche bezeichnet, die an der Formung eines Lichtbündels mitwirkt und von Lichtstrahlen durchquert wird, die von einer Lichtquelle abgegeben werden, und als neutrale Oberfläche des optischen Teils wird eine Oberfläche bezeichnet, die keinen Einfluss auf die Formung des Lichtbündels hat und von keinem Lichtstrahl durchquert wird.
Die Platten werden bearbeitet, anschließend zusammengesetzt und zusammengehalten, um die Wände des gewünschten Formwerkzeugs zu bilden, die zu den Oberflä chen des zu fertigenden optischen Teils komplementär sind. Auch das Zusammensetzen muss äußerst präzise erfolgen, wenn man will, dass das geformte optische Teil die geforderten optischen Eigenschaften aufweist. Hieraus folgt, dass die Anfertigung eines derartigen Formwerkzeugs aufgrund der Genauigkeit der erforderlichen Platten, aufgrund der Präzision beim Anpassen der Platten untereinander und aufgrund der allgemeinen Instandhaltung des Formwerkzeugs relativ schwierig ist.
Auf diesen Zusammenhang bezieht sich die vorliegende Erfindung, und ihre Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Formen optischer Teile vorzuschlagen, mit dem das Formwerkzeug leichter anzufertigen und instandzuhalten ist und das kostengünstiger ist, wobei die auf diese Weise geformten optischen Teile die geforderten optischen Eigenschaften aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Teils, das aktive Oberflächen aufweist, die durch neutrale Oberflächen voneinander getrennt sind, welche zwischen den aktiven Oberflächen Diskontinuitäten bilden, wobei die aktiven Oberflächen und die neutralen Oberflächen zwischen sich aufeinanderfolgend spitze und stumpfe Winkel bilden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Ausbilden von Oberflächen in einem Formwerkzeug, die zu den aktiven und neutralen Oberflächen des optischen Teils komplementär sind;
– Formen des optischen Teils auf den Oberflächen des Formwerkzeugs.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ausbildung der zu den aktiven und neutralen Oberflächen des optischen Teils komplementären Oberflächen des Formwerkzeugs durch kontinuierliches Schneiden eines Werkstoffblocks mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs.
Gemäß weiterer vorteilhafter und nicht einschränkender Merkmale der Erfindung:

– umfasst das Verfahren zudem den Schritt, der darin besteht, in einer ersten, zu einer neutralen Oberfläche des Teils komplementären Oberfläche des Formwerkzeugs eine Vertiefung in der Nähe einer zweiten, zu einer aktiven Oberfläche des Teils komplementären Oberfläche des Formwerkzeugs auszubilden, wobei die erste und die zweite Oberfläche des Formwerkzeugs zwischen sich einen stumpfen Winkel bilden;
– hat die Vertiefung eine Tiefe, die in etwa dem Durchmesser des Schneidwerkzeugs entspricht;
– erfolgt das kontinuierliche Schneiden durch Elektroerosion;
– erfolgt das kontinuierliche Schneiden durch einen Laserstrahl;
– ist der Werkstoffblock ein Stahl- oder Messingblock.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Formwerkzeug für ein optisches Teil vorzuschlagen, das aktive Oberflächen aufweist, die durch neutrale Oberflächen voneinander getrennt sind, welche zwischen den Oberflächen Diskontinuitäten bilden, welches Oberflächen aufweist, die zu den aktiven und neutralen Oberflächen des optischen Teils komplementär sind, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer ersten, zu einer neutralen Oberfläche des Teils komplementären Oberfläche des Formwerkzeugs eine Vertiefung in der Nähe einer zweiten, zu einer aktiven Oberfläche des Teils komplementären Oberfläche des Formwerkzeugs aufweist, wobei die erste und die zweite Oberfläche des Formwerkzeugs zwischen sich einen stumpfen Winkel bilden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein optisches Teil mit aktiven Oberflächen vorzuschlagen, die durch neutrale Oberflächen voneinander getrennt sind, welche zwischen den aktiven Oberflächen Diskontinuitäten bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Oberflächen an ihrem Ende einen Fortsatz aufweisen, der mit einer aktiven Oberfläche einen spitzen Winkel bildet. Vorteilhafterweise ist das optische Teil aus Polymethylmethacrylat hergestellt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das beispielhaft in nicht einschränkender Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt ist, in denen:
1 wie bereits beschrieben, ein Formwerkzeug für optische Teile nach dem Stand der Technik zeigt;
2 im Teilschnitt ein mit dem Formwerkzeug aus 1 erhaltenes optisches Teil zeigt;
3 die Schritte des Verfahrens zum Ausbilden der Oberflächen des Formwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 im Teilschnitt ein mit dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug erhaltenes optisches Teil zeigt.
2 zeigt das mit Hilfe des Formwerkzeugs aus 1 erhaltene optische Teil C sowie die durch dieses Teil gebildeten Lichtbündel. Es ist zu erkennen, dass das optische Teil C zu den Seiten 11, 21, 31, 41 der oben beschriebenen Platten 10, 20, 30, 40 komplementäre aktive Oberflächen 14, 24, 34, 44 und von den Seiten 22, 32, 42 der Platten 20, 30, 40 gebildete neutrale Oberflächen 25, 35, 45 aufweist. Die von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen durchqueren die aktiven Oberflächen 14, 24, 34, 44 des Teils C zum Bilden der Lichtbündel 16, 26, 36, 46, während die Oberflächen 25, 35, 45 bei der Bildung dieser Lichtbündel nicht mitwirken. Die aktiven Oberflächen 14, 24, 34, 44 sind durch die neutralen Oberflächen 25, 35, 45 voneinander getrennt, die zwischen den aktiven Oberflächen Diskontinuitäten bilden.
Es versteht sich, dass es nicht notwendig ist, die neutralen Oberflächen 25, 35, 45 mit großer Genauigkeit zu formen, da sie auf die optische Leistung des fertigen optischen Teils keinen Einfluss haben.
Erfindungsgemäß 1st vorgesehen, die zu den neutralen Oberflächen 25, 35, 45 komplementären Oberflächen des Formwerkzeugs zu verwenden, um das Bearbeiten der zu den aktiven Oberflächen 14, 24, 34, 44 komplementären Oberflächen zu erleichtern.
In 3 ist das Verfahren zum Ausbilden der Oberflächen des Formwerkzeugs dargestellt. In dieser Figur ist ein Teil eines Werkstoffblocks, zum Beispiel aus Stahl oder Messing, und ein die Kontur dieses Werkstoffblocks begrenzendes Schneidwerkzeug 50 zu erkennen, das in 3 in mehreren aufeinanderfolgenden Positionen im Querschnitt dargestellt ist. In 3 ist nur der Teil M des Werkstoffblocks, der das fertige Formwerkzeug bilden soll, dargestellt, der andere Teil wurde zwecks einer besseren Übersichtlichkeit weggelassen.
Das Schneidwerkzeug 50 kann von einem Draht 50 gebildet sein, zum Beispiel einem Wolframdraht, der zwischen zwei Halterungen so gespannt ist, das er gerade bleibt. Der Draht 50 wird in dem Stahl- oder Messingblock entlang einer gekrümmten, zur Achse des Drahts lotrechten Bahn geführt und ist hierbei stromführend.
Entlang dieser Bahn wird der Draht 50 präzise geführt, um die zu den aktiven Oberflächen des zu fertigenden optischen Teils komplementären Oberflächen 111, 121, 131 des Formwerkzeugs sowie die zu den neutralen Oberflächen des optischen Teils komplementären Oberflächen 122, 132 des Formwerkzeugs durch Elektroerosion auszubilden. Gemäß diesem Verfahren können in dem Formwerkzeug auf einfachere Weise spitze Winkel ausgebildet werden, zum Beispiel zwischen den Oberflächen 122 und 121 oder zwischen den Oberflächen 132 und 131.
Die Ausbildung von stumpfen Winkeln in dem Formwerkzeug ist hingegen durch den Durchmesser des Drahts 50 beschränkt. Es können demnach in dem Formwerkzeug stumpfe Winkel mit einem abgerundeten Scheitel ausgebildet werden, dessen Krümmungsradius vom Durchmesser des Schneidedrahts abhängt. Mit einem Draht von 0,1 mm Durchmesser lässt sich zum Beispiel ein Radius von 0,06 mm erzielen.
In 2 ist jedoch festzustellen, dass die stumpfen Winkel des Formwerkzeugs zu den spitzen Winkeln des zu fertigenden optischen Teils komplementär sind, zum Beispiel zwischen den Oberflächen 14 und 25, 24 und 35, 34 und 45. Die aktiven Oberflächen 14, 24, 34 sind zwar über ihre gesamte Länge absolut präzise auszuführen, da sie bei der Bildung der Lichtbündel 16, 26, 36, 46 mitwirken, die Genauigkeit der Ausführung der neutralen Oberflächen 25, 35, 45 allerdings hat keinen Einfluss auf das optische Verhalten des letztlich erzielten optischen Teils, da sie in Schattenbereichen zwischen zwei Lichtbündeln liegen.
Diese Eigenschaft wird erfindungsgemäß zum Ausbilden der stumpfen Winkel des Formwerkzeugs genutzt. Nachdem der Draht 50 zum Beispiel die zu einer aktiven Oberfläche des optischen Teils komplementäre Oberfläche 111 ausgebildet hat, wird durch den Draht 50 somit in der angrenzenden Oberfläche 122 in der Nähe des Übergangs zwischen diesen beiden Oberflächen des Formwerkzeugs M eine Vertiefung 60 gegraben. Diese Vertiefung 60 ist vorzugsweise nicht sehr tief und entspricht einer Hin- und Herbewegung des Schneidwerkzeugs, in diesem Fall des Drahts 50. Ihre Tiefe entspricht demnach in etwa dem Durchmesser des Drahts 50. Es ist daher möglich, zum Schneiden der Oberfläche des Formwerkzeugs durch Elektroerosion Wolframdrähte mit größerem Durchmesser zu verwenden, und somit widerstandsfähigere und kostengünstigere Drähte. Es können zum Beispiel Drähte mit einem Durchmesser von 0,25 mm verwendet werden.
Nach dem Beschneiden der Oberfläche des Formwerkzeugs kann dann das Formen des optischen Teils zum Beispiel durch Spritzgießen erfolgen.
4 zeigt das durch Formung in dem gemäß 3 ausgeführten Formwerkzeug erhaltene optische Teil C. In dieser Figur ist zu erkennen, dass die aktiven Oberflächen 111 und 121 des optischen Teils durch eine neutrale Oberfläche 122 voneinan der getrennt sind, wobei Letztere einen zu der Vertiefung 60 komplementären Fortsatz 160 aufweist, welcher am Ende der neutralen Oberfläche angeordnet ist, die mit der angrenzenden aktiven Oberfläche 114 einen spitzen Winkel bildet.
Die aktive Oberfläche 114 überträgt das Lichtbündel 116 und die aktive Oberfläche 124 überträgt das Lichtbündel 126, wobei die beiden Lichtbündel 124 und 126 durch einen Schattenbereich 70 voneinander getrennt sind. Es ist zu erkennen, dass sich der Fortsatz 160 in den Schattenbereich 70 erstreckt und für die Lichtbündel 116 bzw. 126 kein Hindernis darstellt.
Auf diese Weise konnte ein Verfahren zur Formung optischer Teile realisiert werden, mit dem das Formwerkzeug einfach anzufertigen und instandzuhalten ist und das kostengünstiger als die Formwerkzeuge nach dem Stand der Technik ist. Das Formwerkzeug ist nämlich aus einem einzigen Block gebildet und bedarf keiner präzisen Anpassung der Einsätze. Das Beschneiden des Formwerkzeugs wird in einem einzigen Arbeitsschritt ausgeführt, egal über wie viele Zähne bzw. aktive Oberflächen das fertige optische Teil verfügt. Schneidedrähte mit einem Durchmesser von 0,25 mm können üblicherweise verwendet werden. Die gemäß diesem Verfahren geformten optischen Teile weisen die geforderten optischen Eigenschaften auf.
Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern der Fachmann kann stattdessen zahlreiche Veränderungen daran vornehmen, die in den Rahmen dieser Erfindung fallen. So können zum Beispiel andere Schneidwerkzeuge als ein Elektroerosionsdraht verwendet werden, zum Beispiel ein Laserstrahl.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Teils (C), das aktive Oberflächen (114, 124) aufweist, die durch neutrale Oberflächen (125, 135) voneinander getrennt sind, welche zwischen den aktiven Oberflächen (114, 124) Diskontinuitäten bilden, wobei die aktiven Oberflächen (114, 124) und die neutralen Oberflächen (125, 135) zwischen sich aufeinanderfolgend spitze und stumpfe Winkel bilden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Ausbilden von Oberflächen (111, 121; 122, 132) in einem Formwerkzeug (M), die zu den aktiven und neutralen Oberflächen (114, 124; 125, 135) des optischen Teils (C) komplementär sind; – Formen des optischen Teils (C) auf den Oberflächen des Formwerkzeugs (M), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der zu den aktiven und neutralen Oberflächen (114, 124; 125, 135) des optischen Teils (C) komplementären Oberflächen (111, 121; 122, 132) des Formwerkzeugs durch kontinuierliches Schneiden eines Werkstoffblocks mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs (50) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zudem den Schritt umfasst, der darin besteht, in einer ersten, zu einer neutralen Oberfläche (125, 135) des Teils (C) komplementären Oberfläche (122, 132) des Formwerkzeugs eine Vertiefung (60) in der Nähe einer zweiten, zu einer aktiven Oberfläche (114, 124) des Teils (C) komplementären Oberfläche (111, 121) des Formwerkzeugs auszubilden, wobei die erste und die zweite Oberfläche des Formwerkzeugs zwischen sich einen stumpfen Winkel bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (60) eine Tiefe hat, die in etwa dem Durchmesser des Schneidwerkzeugs (50) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche Schneiden durch Elektroerosion erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche Schneiden durch einen Laserstrahl erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffblock ein Stahl- oder Messingblock ist.
Formwerkzeug für ein optisches Teil (C), das aktive Oberflächen (114, 124) aufweist, die durch neutrale Oberflächen (125, 135) voneinander getrennt sind, welche zwischen den aktiven Oberflächen (114, 124) Diskontinuitäten bilden, wobei die aktiven Oberflächen (114, 124) und die neutralen Oberflächen (125, 135) zwischen sich aufeinanderfolgend spitze und stumpfe Winkel bilden, wobei das Formwerkzeug (M) Oberflächen (111, 121; 122, 132) aufweist, die zu den aktiven und neutralen Oberflächen (114, 124; 125, 135) des optischen Teils (C) komplementär sind, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer ersten, zu einer neutralen Oberfläche (125, 135) des Teils (C) komplementären Oberfläche (122, 132) des Formwerkzeugs eine Vertiefung (60) in der Nähe einer zweiten, zu einer aktiven Oberfläche (114, 124) des Teils (C) komplementären Oberfläche (111, 121) des Formwerkzeugs aufweist, wobei die erste und die zweite Oberfläche des Formwerkzeugs zwischen sich einen stumpfen Winkel bilden.
Optisches Teil (C) mit aktiven Oberflächen (114, 124), die durch neutrale Oberflächen (125, 135) voneinander getrennt sind, welche zwischen den aktiven Oberflächen (114, 124) Diskontinuitäten bilden, wobei die aktiven Oberflächen (114, 124) und die neutralen Oberflächen (125, 135) zwischen sich aufeinanderfolgend spitze und stumpfe Winkel bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die neutralen Oberflächen (125, 135) an ihrem Ende einen Fortsatz (160) aufweisen, der mit einer aktiven Oberfläche (114, 124) einen spitzen Winkel bildet.
Optisches Teil (C) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Polymethylmethacrylat hergestellt ist.