DE69323771T2

DE69323771T2 - Rotationsbeschichten von bearbeiteten asphärischen oberflächen mit einer ungleichförmigen oberflächenschicht

Info

Publication number: DE69323771T2
Application number: DE69323771T
Authority: DE
Inventors: Thomas M. Princeton Nj 08540 Lippert
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1992-12-23
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: CA2146454A1; EP0675767A1; US5376408A; EP0675767B1; CA2146454C; WO1994014544A1; DE69323771D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Beschichtung von bearbeiteten optischen Oberflächenelementen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Rotations- Ablagerungsverfahren und eine Vorrichtung zur Bildung einer ungleichförmigen Beschichtungsoberfläche auf bearbeiteten optischen Elementen, wie beispielsweise asphärischen optischen Oberflächen.

Hintergrund der Erfindung

Bei vielen optischen Entwürfen werden optische Komponenten aus festem Glas verwendet, um eine Neuausrichtung der optischen Abbildung durch diese vorzugeben. Die Verwendung von optischen Komponenten aus Festglas kann jedoch ein großes Gewicht in einen Entwurf einführen, wodurch der Entwurf unbrauchbar wird. Beispielsweise werden verschiedene optische Systeme im Zusammenhang mit am Kopf getragenen Flugnavigatoren verwendet. Solche optischen Elemente können Kombinierelemente umfassen. Kombinierelemente können prismatisch mit zwei parallelen flachen Oberflächen für die innere Reflexion des durchtretenden Lichts sein. In vielen optischen Hochleistungssystemen erfordern die Kombinierer asphärische Oberflächen mit hoher Qualität, um die Leistung solcher Systeme zu verbessern und die Verzerrung von Bildstrahlen und von Wellenfronten in dem System zu korrigieren. Asphärische Oberflächen hoher Qualität sind jedoch sehr teuer herzustellen und erfordern die Behandlung durch Personal mit großer Erfahrung. Ein optisches System, das aus Glaskomponenten aufgebaut ist, kann somit zu einer am Kopf getragenen Ausrüstung führen, die zu schwer ist, um ihrem beabsichtigten Zweck zu dienen und die sich von den Kosten her verbietet.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, kann die Verwendung von Plastik für die Produktion von leichtgewichtigen Elementen das Problem lösen, das dem Gewicht von Glaskomponenten zugeordnet ist. Die Oberflächen solcher Plastikkomponenten können in viele geometrische Formen verarbeitet werden, einschließlich asphärischer Oberflächen. Ein Verfahren für eine solche Bearbeitung ist die Verwendung des Diamantdrehens, wie es in dem US-Patent 4 852 436 von Benjamin beschrieben ist oder wie es dem Fachmann allgemein bekannt ist. Solches Diamantdrehen erzeugt eine im wesentlichen symmetrische Oberfläche um einen zentralen Punkt der asphärischen Oberfläche.
Die Bearbeitung von Oberflächen auf plastischen optischen Elementen ist schwierig auf Grund der Weichheit und anderer physikalischer Merkmale des Materials. Eine solche Bearbeitung, wie beispielsweise durch Diamantdrehen erzeugt keine vollständig glatte Oberfläche. Das Diamantdrehen erzeugt z. B. eine asphärische Oberfläche auf einen plastischen optischen Element, die viele radiale Nuten auf der asphärischen Oberfläche symmetrisch zu dem Mittelpunkt aufweist. Bei Hochleistungssystemen können solche durch Diamantdrehen erzeugten Nuten einen Schleier durch die Brechung oder die Lichtstreuung auf Grund mikroskopischer Defekte oder Nuten bilden, wenn das Licht durch das optische Element verläuft.
Da das Diamantdrehen eine Oberfläche bildet, welche symmetrisch um ein Zentrum einer asphärischen Oberfläche ist, die entworfen ist, um eine Störung der Bildstrahlen zu korrigieren, kann zusätzlich ein bestimmtes Maß an Astigmatismus durch eine solche asphärische Form gebildet werden. Ein solcher Schleier und Astigmatismus ist nicht akzeptierbar, wenn das optische Element in Systemen vom Betrachtungstyp verwendet wird. Daher besteht ein Bedürfnis, den Einfluß solcher Probleme zu vermindern, die den durch einen Diamanten abgedrehten plastischen asphärischen Oberflächen zugeordnet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Rotationsablagerung einer Beschichtungs-Materialoberfläche auf bearbeiteten Oberflächen eines plastischen optischen Elementes gerichtet. Ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß dem Gattungsbegriff der Ansprüche 1 oder 12 ist aus der US-A-4 267 208 bekannt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt ein Beschichtungsverfahren die Vorgabe eines Halters mit einer Drehachse zur Aufnahme des optischen Elementes, so daß die bearbeitete Oberfläche für ein Beschichtungsmaterial offen zugänglich ist. Das optische Element ist in dem Halter positioniert. Die Oberfläche wird mit dem Beschichtungsmaterial benetzt und der Halter wird um die Achse gedreht, um eine nicht-konforme Beschichtungs-Materialoberfläche auf der bearbeiteten Oberfläche zu bilden.
Die bearbeitete Oberfläche des optischen Elementes ist eine optische asphärische Oberfläche und die optische asphärische Oberfläche besitzt einen Mittelpunkt, um welchen die asphärische Oberfläche bearbeitet ist und eine Tangente im Zentrum befindet sich unter einem vorbestimmten Winkel zu der Rotationsachse. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt der Halter einen Ausnehmungsteil, der für die Aufnahme des optischen Elementes positioniert ist, so daß das optische Element offen zugänglich ist, um mit dem Beschichtungsmaterial in Kontakt zu gelangen. Die Abstützung für das optische Element in der Ausnehmung ist so vorgegeben, daß das Element zentrifugal in einer Position stabilisiert ist, wenn der Halter rotiert.
In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das asphärische Zentrum auf die Rotationsachse ausgerichtet und eine Tangente an das Zentrum der asphärischen Oberfläche verläuft quer zu der Rotationsachse. Zusätzlich kann das asphärische Zentrum gegen die Rotationsachse versetzt sein und die Tangente an das Zentrum der asphärischen Oberfläche verläuft quer zu der Rotationsachse.
In einem noch anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die optischen asphärischen Oberflächen durch Diamantdrehen bearbeitet und ein solches Drehen hinterläßt eine Vielzahl von Nuten in der bearbeiteten Oberfläche. Die Vielzahl von Nuten wird mit dem Beschichtungsmaterial gefüllt, wenn der Halter rotiert und eine nicht- konforme Beschichtungs-Materialoberfläche wird auf der asphärischen Oberfläche gebildet, nachdem die Nuten gefüllt sind, wenn der Halter rotiert.
Die Vorrichtung zur Beschichtung einer bearbeiteten asphärischen Oberfläche eines optischen Elementes mit einem Beschichtungsmaterial gemäß der Erfindung umfaßt ein Halteelement mit einer Drehachse und einem Ausnehmungsteil für die Aufnahme des optischen Elements. Das Halteelement ist mit seinem Gewicht im wesentlichen gleichmäßig um die Achse verteilt, nachdem das Element in die Ausnehmung eingesetzt ist. Die Ausnehmung ist so positioniert, daß, wenn das Element in die Ausnehmung eingesetzt ist, die bearbeitete asphärische Oberfläche des Elementes für das Beschichtungsmaterial offen zugänglich ist. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung zur Zuführung des Beschichtungsmaterials zu der bearbeiteten Oberfläche, eine Einrichtung zum Drehen des Halteelementes um die Achse, um eine nicht-konforme Beschichtungs-Materialoberfläche auf der bearbeiteten Oberfläche zu bilden und eine Einrichtung zum Halten des optischen Plastikelementes in einer Ausnehmung des Halters, so daß eine Tangente an die Mitte der asphärischen Oberfläche unter einem vorbestimmten Winkel zu der Drehachse liegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Rotations-Ablagerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2-4 sind eine Ansicht von unten, eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines optischen Elementes, das durch das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zu beschichten ist.
Fig. 5 ist ein vergrößerter Teil einer asphärischen Oberfläche des optischen Elementes von Fig. 2.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht eines optischen Elementhalters von Fig. 1.
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 6 gezeigten Halter.
Fig. 8 ist ein Beugungsmusterdiagramm einer optischen asphärischen Oberfläche der Fig. 2-4, bevor und nachdem die nicht-konforme Beschichtungsoberfläche gebildet ist.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles

Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung sei eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschichtung einer optischen asphärischen Oberfläche, die auf einem plastischen optischen Element bearbeitet ist unter Bezugnahme auf die Fig. 1-8 beschrieben. Eine Beschichtungsvorrichtung 10 umfaßt eine Grundplatte 14, auf der eine Kammer 12 über mehrere Säulen 13 befestigt ist. Die Kammer 12 besitzt eine zylindrische Struktur, die während der Rotationsablagerung der vorliegenden Erfindung in einer laminaren Fließkammer (nicht gezeigt) positioniert ist, um das System während der Ausführung des Verfahrens zu entlüften.
Die Beschichtungsvorrichtung 10 umfaßt ferner einen Motor 16, der durch einen Leistungsschalter 17 betätigt wird und durch eine Geschwindigkeitsregelung (nicht gezeigt) geregelt wird. Der Motor 16 erteilt einem optischen Elementhalter 30 eine Drehbewegung um die Rotationsachse 11 mittels Lager 18, eines Verbindungselementes 31 des Motors 16 und eines koaxialen Teiles 32 des optischen Elementhalters 30. Die Verbindung zwischen dem Verbindungselement 30 und dem koaxialen Teil 32 ist eine einfache geschlitzte Verbindung, so daß die Drehung des Verbindungselementes 31 dem koaxialen Teil 32 und somit dem Halter 30 eine Bewegung auferlegt. Irgendeine geeignete Verbindung, die dem optischen Elementhalter 30 die Auferlegung einer Drehbewegung gestattet, ist hier beabsichtigt und liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Der optische Elementhalter 30 ist in weiteren Einzelheiten in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt. Der Halter 30 umfaßt einen rechteckähnlich geformten Körper 36 und einen Deckelteil 39, der mit dem Körper 36 durch geeignete Befestigungsmittel 33 befestigbar ist. Eine zentrale Achse 34 ist gezeigt, die sich allgemein durch den Mittelpunkt des Körpers 36 mit dem befestigten Deckel 39 erstreckt. Der koaxiale Teil 32 ist koaxial zu der Achse 34 und erstreckt sich durch einen Teil des Körpers 36 und von dort nach außen zur Befestigung mit dem Motor 16 über das Verbindungselement 31. Der Körper 36 umfaßt eine Ausnehmung 38, die für die Aufnahme eines optischen Elementes, Fig. 2-5, geformt ist. Vor der Befestigung des Deckels 39 mit dem Körper 36 liegt eine größere Öffnung für den Einsatz des optischen Elementes 20 in die Ausnehmung 38 vor. Diese vergrößerte Öffnung erleichtert den Einsatz des optischen Elementes 20 in diese.
Das optische Element 20, ein optischer Kombinieren umfaßt eine erste optische asphärische Fläche 23, die an einem ersten Ende des optischen Elementes 20 bearbeitet ist. An einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des optischen Elementes 20 ist eine zweite optische asphärische Fläche 22 bearbeitet. Das optische Element 20 umfaßt ferner eine parallele obere Oberfläche 25, die parallel zu einer unteren Oberfläche 24 ist sowie zwei Seitenoberflächen, die wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, geformt sind. Die obere Oberfläche 25 und die untere Oberfläche 24 sind parallel für eine innere Reflexion der Bildstrahlen oder der durchwandenden Wellenfronten. Das optische Element 20 ist aus einem Plastikmaterial, wie z. B. Acrylglas hergestellt. Die optischen asphärischen Oberflächen 22, 23 sind in dem Kombinierer 20 erforderlich, um Verzerrungen des optischen Systems zu korrigieren und sie werden mittels Diamantdrehen hergestellt. Solche Diamant-Drehverfahren sind dem Fachmann bekannt. Wie jedoch in Fig. 5 gezeigt, umfaßt eine solche durch einen Diamanten abgedrehte asphärische Oberfläche 22 mehrere Nuten 27; die Nuten 27 sind symmetrisch um eine Mitte der asphärischen Oberfläche. Wenn ein optisches Element 20 verwendet wird, das mehrere Nuten 27 aufweist, so weisen die hierdurch projizierten Bilder einen Schleier durch die Lichtstreuung auf Grund dieser geringen Unvollkommenheiten auf. Diese Nuten 27 werden gefüllt und die Oberfläche wird geglättet durch das Rotationsablagerungs-Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Beschichtungsvorrichtung 10, wie unten weiter beschrieben wird.
Obgleich die Verwendung solcher asphärischer Oberflächen Verzerrungen oder Aberrationen in dem optischen System korrigieren kann, kann die asphärische Oberfläche ein zusätzliches Problem schaffen. Ein veränderliches Ausmaß an Astigmatismus wird in das optische System auf Grund der Kontur der asphärischen Oberfläche eingeführt. Ein solcher Astigmatismus bildet weitere Betrachtungsprobleme bei einem hierdurch übertragenen Bild. Ein Beugungsmuster 94 der asphärischen Oberfläche vor der Beschichtung ist durch das gestrichelte Diagramm in Fig. 8 gezeigt. Dieses gestrichelte Beugungsmuster ist im wesentlichen symmetrisch um den Mittelpunkt 91 der asphärischen Oberfläche 22. Das Beugungsmuster 96 der optischen asphärischen Oberfläche 22, die gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, um eine nicht-konforme Oberfläche auf der asphärischen Oberfläche zu bilden, ist in ausgezogener Form gezeigt. Der lineare Versatz 99 des Mittelpunkts 93 des Beugungsmusters für die nicht-konform beschichtete asphärische Oberfläche gegenüber dem Mittelpunkt 91 der asphärischen Oberfläche ohne, die nicht-konforme Oberfläche zeigt zusammen mit dem Anwachsen der Beugungen gegen die Außenkanten und die Verminderung der Beugungen um den versetzten Mittelpunkt 93 eine Verminderung des Problems des Astigmatismus an. Eine solche Verminderung wird verwirklicht durch die Bildung einer nicht-konformen harten Beschichtungschicht auf der asphärischen Oberfläche mit dem Rotations-Ablagerungsverfahren der vorliegenden Erfindung.
Die Ausnehmung 38 des optischen Elementhalters 30 ist in dem Körper 36 des Halters 30 so positioniert, daß, wenn das optische Element 20 darin positioniert ist, der Mittelpunkt 91 der optischen asphärischen Oberfläche 22 auf der Achse 34 liegt. Zusätzlich ist die Ausnehmung 38 so positioniert, daß eine Tangente an den Mittelpunkt der optischen asphärischen Oberfläche 22 im wesentlichen quer zu der Achse 34 verläuft; die optische asphärische Oberfläche 22 liegt koaxial um diese. Wenn das optische Element 20 in die Ausnehmung 38 eingesetzt wird, die unter einem Winkel zu der Achse 34 liegt, so wird das optische Element 20 in der Ausnehmung 38 zentrifugal stabilisiert, wenn der Halter 30 rotiert. Wie weiter unten im Hinblick auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung erläutert wird, kann die Position der asphärischen Oberfläche, wenn sie mit einer Hartbeschichtung versehen wird, modifiziert werden, um eine nicht-konforme Beschichtung zu bilden, die für eine spezielle Anwendung verwendbar ist.
Ausschnitte 37 werden an dem Körper 36 oder der Abdeckung 39 vorgenommen, so daß das Gewicht des optischen Halters 30 gleichmäßig um die Achse 34 verteilt ist, wenn das optische Element 20 in die Ausnehmung 38 eingesetzt ist. Das optische Element 20 kann ebenfalls in der Ausnehmung 38 so positioniert sein, daß die optische asphärische Fläche 23 ihren Mittelpunkt auf der Achse 34 besitzt. Auf Grund der Gewichtsunterschiede, wie dies aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht, können in den verschiedenen Abschnitten des optischen Elementes 20 Gewichte auf jeder Seite des Körpers 36 hinzugefügt werden, um irgendeine Gewichtsverteilung zu verlagern, die durch den Einsatz des optischen Elementes 20 hervorgerufen wird, um die optische asphärische Oberfläche 23 anstelle der optischen asphärischen Oberfläche 22 zu beschichten. Eine solche Gewichtsverteilung ist erforderlich, um eine abgeglichene Rotation des Halters 30 um die Achse 34 zu ermöglichen.
Das Rotations-Ablagerungsverfahren bei der Beschichtung einer bearbeiteten optischen asphärischen Oberfläche eines optischen Plastikelementes 20 sei nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 1-7 beschrieben. Das optische Element 20, ein Kombinierer, wird zunächst für den Einsatz in den optischen Elementhalter 30 durch Reinigung und Maskierung des optischen Elementes 20 vorbereitet. Die Reinigung des optischen Elementes entfernt irgendwelche Unreinheiten darauf, so daß das Beschichtungsmaterial, das auf den bearbeiteten Oberflächen des optischen Elementes abgelagert wird, erfolgreich daran haftet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das optische Element 20 gewischt, um Öl von den Oberflächen zu entfernen. Das optische Element 20 wird sodann in eine Lösung von 1% bis 3% Mikrodetergent pro deionisierter Wasserlösung für 30-60 Minuten gelegt. Die Oberflächen werden mit einem weichen Material geschrubbt, wie beispielsweise Baumwollbällen, die in einer ähnlichen oder der gleichen Lösung sich aufgesaugt haben. Das Element wird sorgfältig mit laufendem deionisiertem Wasser gespült. Gefilterter Stickstoff N&sub2; wird verwendet, um das optische Element 20 durch Blasen zu trocknen und sodann wird das Element 20 während ungefähr 2 Stunden bei ungefähr 50ºC gebacken. Dem Element 20 wird sodann gestattet, sich auf Raumtemperatur in einer laminaren Fließstruktur abzukühlen.
Nachdem das optische Element 20 gereinigt worden ist, um Unreinheiten zu entfernen, müssen alle Oberflächen des optischen Elementes 20, die nicht mit dem Beschichtungsmaterial während der Rotationsablagerung beschichtet werden, abgedeckt werden, um die Beschichtung daran zu hindern, an diesen speziellen Oberflächen zu haften. Wenn z. B. die Rotationsablagerung der Beschichtung der optischen asphärischen Oberfläche 22 dient, müssen alle Oberflächen mit Ausnahme der optischen asphärischen Oberfläche 22 abgedeckt werden. Diese Oberflächen werden mit verschiedenen Produkten, einschließlich einer Zellophanumwicklung, einem Abdeckband Nr. 851 für gedruckte Schaltkreisplatine, hergestellt durch 3M Inc. und/oder verschiedene andere Maskierungsgegenstände abgedeckt, welche dem geeigneten Zweck dienen.
Nachdem das optische Element gereinigt und abgedeckt worden ist, wird sodann das optische Element 20 in der Ausnehmung 38 des Körpers 36 des optischen Halters 30 angeordnet. Die Abdeckung 39 wird sodann mit dem Körper 36 mittels der Befestiger 33 verbunden. Der optische Halter 30 wird sodann in der Kammer 12 der Beschichtungsvorrichtung 10 angeordnet, wobei der koaxiale Teil 32 in das Verbindungselement 31 des Motors 16 eingesetzt wird. Wie zuvor angegeben, ist der Teil 32 mit dem Verbindungselement 31 verriegelt, so daß dem optischen Halter 30 eine Drehbewegung erteilt wird, wenn das Dreh-Verbindungselement 31 durch den Motor 16 gedreht wird.
Mit dem in dem optischen Halter 30 angeordneten optischen Element 20 wird erneut die optische asphärische Oberfläche 22 mit destabilisiertem gefiltertem N&sub2; abgeblasen und mikroskopisch geprüft, um festzustellen, ob irgendwelche Verunreinigungen noch vorliegen. Wenn Verunreinigungen vorliegen, dann sollte die optische asphärische Oberfläche erneut gereinigt werden und mit destabilisiertem trockenen N&sub2; abgeblasen werden.
Mit einem Fluidtröpfler, der durch die Verwendung von Aceton, deionisiertem Wasser und trockengeblasenem oder im Ofen ausgebackenen N&sub2; gereinigt ist, wird eine vorbestimmte Menge von Beschichtungsmaterial auf die bearbeitete optische asphärische Oberfläche 22 aufgetröpfelt. Dem Beschichtungsmaterial wird gestattet, aus dem Tröpfler vor der Zuführung auf die optische asphärische Oberfläche 22 auszulaufen, so daß Lufttaschen innerhalb des Beschichtungsmaterials vermieden werden, wenn das Material der asphärischen Oberfläche 22 zugeführt wird. Dem Beschichtungsmaterial wird sodann gestattet, sich während einer bis eineinhalb Minuten auf der Oberfläche abzusetzen.
Obgleich andere UV-härtbare Beschichtungen für verschiedene Anwendungen verwendet werden können, ist das bevorzugte Beschichtungsmaterial eine strahlungshärtbare Beschichtung GAFGARD 233, die als Pentaerythritol Triacrylat/Vinylpyrrolidon bekannt ist und von GAF Chemicals Corporation, 1361 Alps Road, Wayne, New Jersey 07470, einer Tochter von GAF Corporation erhältlich ist. Nach der Aushärtung bildet die Schicht eine harte Schicht mit einem Brechungsindex, welcher im wesentlichen an das Plastikmaterial, Acrylglas, angepaßt ist. Das Beschichtungsmaterial wird einmal durch ein 0,45 um-Filter oder zweimal durch ein 0,2 um-Filter gefiltert. Das Beschichtungsmaterial wird der optischen asphärischen Oberfläche 22 ohne Verdünnung zugeführt.
Nachdem dem Beschichtungsmaterial gestattet worden ist, sich für die vorbestimmte Zeit abzusetzen, wird der Motor 16 gestartet, so daß eine Drehbewegung dem optischen Elementhalter 30 erteilt wird. Der optische Halter 30 wird mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1200-2000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Die Drehgeschwindigkeit beträgt gewöhnlicherweise vorzugsweise ungefähr 1400 Umdrehungen pro Minute. In Abhängigkeit von der Charakteristik der bearbeiteten optischen asphärischen Oberfläche 22 und der Nuten 27 darauf und ebenfalls von der Charakteristik der zu bildenden nicht- konformen Oberfläche variiert jedoch die Geschwindigkeit, um das Beschichtungsmaterial in geeigneter Weise zu verteilen.
Wenn der optische Halter 30 gedreht wird, wird die optische asphärische Oberfläche 22, die ihren Mittelpunkt 91 auf der Achse 34 besitzt, zentrifugal in der Ausnehmung 38 des optischen Halters 30 durch eine solche Drehung und auf Grund der Position der Ausnehmung 38 stabilisiert. Das Beschichtungsmaterial auf der optischen asphärischen Oberfläche 22 wird über die optische asphärische Oberfläche verteilt und füllt die Vielzahl von Nuten 27 der optischen asphärischen Oberfläche 22, wenn der optische Halter 30 gedreht wird. Nachdem die Nuten gefüllt sind, bildet das Beschichtungsmaterial eine nichtkonforme Oberfläche, die zu der optischen asphärischen Oberfläche 22 nicht-konform ist. Die nicht-konforme Oberfläche besitzt eine Dicke, die gegen die Mitte der asphärischen Oberfläche minimal ist und die gegen die Kanten der asphärischen Oberfläche progressiv dicker wird. Die Drehung wird gestattet während ungefähr einer bis eineinhalb Minuten und das aktuelle Beschichtungsmaterial erreicht eine bevorzugte Dicke von ungefähr 1 bis 2 um an dem asphärischen Mittelpunkt 91, obgleich Teile der nicht-konformen Oberfläche eine Dicke von bis zu 10 um besitzen können.
Dieser Dickengradient, der nicht-konformen Oberfläche gestattet dem Entwerfer ein Beugungsmuster zu erzielen, das für die Anwendung erwünscht ist, für die die asphärische Oberfläche verwendet wird. Obgleich die Dickenvariationen vorzugsweise geringer als 10 um sind, kann, wenn die optischen Wellenlängen für das System bei ungefähr 540 nm liegen, ein solcher Gradient geringe Astigmatismusprobleme aus dem System entfernen, indem ein geringfügiger Astigmatismus in einer geeigneten Richtung hinzugefügt wird, um die Wellenfront des Bildes aufzuhellen. Es liegt dem Fachmann auf der Hand, daß die Veränderung der Drehgeschwindigkeit, die Viskosität des Beschichtungsmaterials und die Oberflächenspannung eines solchen Materials verändert werden können, um unterschiedliche nicht-konforme Beschichtungen zu erzielen.
Wenn die Drehung anhält, so wird die optische asphärische Oberfläche 22 inspiziert und wenn die harte Beschichtung geeignet verteilt ist, wird das optische Element 20 aus der Beschichtungsvorrichtung 10 entfernt. Das optische Element 20 wird aus dem Elementhalter 30 nach Öffnung des Deckels 39 von dem Körper 36 herausgeholt und in einer Petrischale mit einer Quarzabdeckung angeordnet. Das optische Element wird sodann mit einem UV-Aushärtesystem bei 300 Watt/Zoll ausgehärtet. Es sollte bekannt sein, daß andere Leistungen in Watt von Aushärtelampen ebenfalls die Aushärtefunktion ausführen und daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt ist. Die Rotationsablagerung der nicht-konformen Beschichtungsoberfläche auf der asphärischen Oberfläche 22 mit Ihrem Mittelpunkt 91 auf der Drehachse 11 bildet ein erwünschtes Beugungsmuster mit einem Mittelpunkt 93, der gegenüber dem asphärischen Mittelpunkt 91 versetzt ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Ein solcher Versatz des Beugungsmusters und der Dickengradient der nicht-konformen Oberfläche kann jedoch weiter gesteuert werden durch Positionierung der asphärischen Oberfläche 22, die zu beschichten ist, in solcher Weise, daß ihr Mittelpunkt 91 linear um einen Abstand 23 von der Drehachse 34 versetzt ist, wie dies durch die Position des Elementes 20A in Fig. 6 gezeigt ist. Ferner kann die asphärische Oberfläche 22 ferner so neu positioniert werden, daß die Tangente 25 des Mittelpunktes 91 einen Winkel 27 mit der Drehachse 34 bildet, um zusätzliche Unterschiede in der nicht-konformen Beschichtung zu erzeugen, wie dies durch die Position des Elementes 20B in Fig. 6 gezeigt ist. Jede unterschiedliche Position erzeugt einen eindeutigen Dickengradienten, der nicht-konformen Beschichtungsfläche über der asphärischen Oberfläche 22, um die Entwurfsfreiheit für eine bestimmte Anwendung zu ermöglichen. Beispielsweise kann bei einer asphärischen Oberfläche in der Position des Elementes 20B das Beugungsmuster weiter gegen den asphärischen Mittelpunkt versetzt sein, da die Dicke der nicht-konformen Oberfläche auf der asphärischen Oberfläche allgemein unsymmetrisch sein wird auf Grund des Versatzes gegen die Drehachse und des Winkels der Tangente an die Drehachse.
Um das Aushärten und den Beschichtungsprozeß und die Bildung einer gewünschten nichtkonformen Schicht zu erleichtern, ist die für die Rotationsablagerung verwendete Kammer 12 vollständig abgeschlossen (nicht gezeigt). Ein Teil der Umhüllung umfaßt Quarzfenster, welche eine Aushärtung des Beschichtungsmaterials auf der asphärischen Oberfläche gestatten, wenn die asphärische Oberfläche gedreht wird. Eine solche gleichzeitige Aushärtung gestattet dem Entwerfer das Beugungsmuster zu beurteilen, das beim Ablauf des Prozesses gebildet wird.
Der Fachmann wird erkennen, daß nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hier offenbart worden sind und daß andere Vorteile aufgefunden und realisiert werden können und verschiedene Modifikationen durch einschlägige Fachleute vorgeschlagen werden können, wobei es sich versteht, daß die gezeigte Ausführungsform verändert und modifiziert werden kann, ohne daß von dem Rahmen der Erfindung abgewichen wird, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Beschichtung einer bearbeiteten asphärischen Oberfläche (22, 23) eines optischen Plastikelementes (20), aufweisend die Schritte:

a) Vorgabe eines Halters (30) mit einer Drehachse (34) zur Aufnahme des optischen Elementes (20), so daß die bearbeitete Oberfläche (22, 23) für ein Beschichtungsmaterial offen zugänglich ist;

b) Positionierung des optischen Elementes (20) innerhalb des Halters (30);

c) Benetzung der Oberfläche (22, 23) mit dem Beschichtungsmaterial; und

d) Drehen des Halters (30) um die Achse, um das Beschichtungsmaterial zu verteilen und eine acht-konforme Beschichtungsmaterialoberfläche auf der bearbeiteten Oberfläche (22, 23) zu bilden;

gekennzeichnet durch die Anordnung des optischen Elementes (20) in einer Ausnehmung (38) des Halters (30), so daß sich eine Tangente an die Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23), um welche die asphärische Oberfläche (22, 23) bearbeitet ist, sich unter einem vorbestimmten Winkel (27') zu der Drehachse (34) befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend die Anordnung des optischen Elementes in dem Halter dergestalt, daß eine Tangente an die Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23) quer zu der Drehachse (34) gerichtet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Positionierschritt den Schritt des Versatzes der Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23) um einen vorbestimmten Abstand (23') von der Drehachse (34) umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Positionierschritt den Schritt der Ausrichtung der Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23) auf der Drehachse (34) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließend:

a) die Positionierung eines Ausnehmungsteiles (38) in dem Halter (30) zur Aufnahme des optischen Elementes (20) dergestalt, daß die optische asphärische Oberfläche (22, 23) offen für den Kontakt mit dem Beschichtungsmaterial ist; und

b) die Vorgabe einer Abstützung für das optische Element (20) in der Ausnehmung (38), so daß das Element zentrifugal in einer Position stabilisiert ist, wenn der Halter gedreht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das optische Element (20) ein rechteckförmiges Kombinierelement mit wenigstens einer oberen Oberfläche (25), einer unteren Oberfläche (24) und der bearbeiteten optischen asphärischen Oberfläche (22, 23) an einem ersten Ende des Elementes umfaßt, einschließend:

a) die Reinigung all dieser Oberflächen des rechteckförmigen Elementes;

b) die vollständige Abdeckung der oberen Oberfläche (25), der unteren Oberfläche (24) und irgendwelcher zusätzlicher Oberflächen des Elementes außer der optischen asphärischen Oberfläche (22, 23); und

c) die Positionierung von im wesentlichen allen abgedeckten Elementoberflächen in dem Ausnehmungsteil (38).

7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Benetzungsschritt die Schritte umfaßt:

a) die Zuführung einer vorbestimmten Menge von Beschichtungsmaterial zu der optischen asphärischen Oberfläche (22, 23) allgemein in der Mitte (91) der asphärischen Oberfläche, wobei die zugeführte Menge so ist, daß es ein Fluid mit keinen darin vorliegenden Lufttaschen ist; und

b) gestatten dem Material sich abzusetzen, eine vorbestimmte Zeitperiode vor dem Drehen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließend die Aushärtung des auf der bearbeiteten Oberfläche (22, 23) verteilten Beschichtungsmaterials.

9. Verfahren nach Anspruch 8, einschließend die Belichtung des Beschichtungsmaterials auf der asphärischen Oberfläche (22, 23) mit UV-Licht, wenn der Halter (30) sich dreht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische asphärische Oberfläche (22, 23) durch Diamantdrehen bearbeitet ist und die Bearbeitung eine Vielzahl von Nuten auf der Oberfläche erzeugt, einschließend:

a) das Füllen der Vielzahl von Nuten (27) mit dem Beschichtungsmaterial, wenn der Halter (30) gedreht wird; und

b) die Bildung der nicht-konformen Beschichtungsmaterialoberfläche auf der asphärischen Oberfläche, nachdem die Nuten gefüllt sind, wenn der Halter sich dreht.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Teil eines Verfahrens der Herstellung eines optischen Plastikelementes, umfassend die Schritte:

a) Bearbeitung einer optischen asphärischen Oberfläche (22, 23) auf dem optischen Plastikelement (20), wobei die Bearbeitung symmetrisch um eine Mitte der asphärischen Oberfläche ist, die Bearbeitung eine Vielzahl von Nuten tun die Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23) erzeugt und ein Beugungsmuster (94) der asphärischen Oberfläche symmetrisch um diese Mitte ist;

b) Bildung einer nicht-konformen Oberfläche auf der asphärischen Oberfläche (22, 23) zur Erzeugung eines Versatz-Beugungsmusters (96), welches eine Mitte (93) besitzt, die um einen vorbestimmten Abstand von der Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23) versetzt ist.

12. Vorrichtung zur Beschichtung einer bearbeiteten asphärischen Oberfläche (22, 23) eines optischen Plastikelementes (20) mit einem Beschichtungsmaterial, umfassend:

a) ein Halteelement (30) mit einer Drehachse (32) und einem Ausnehmungsteil (38) für die Aufnahme eines optischen Plastikelements (20), wobei das Gewicht des Halteelementes im wesentlichen gleichmäßig um die Achse verteilt ist, nachdem das Element in die Ausnehmung eingesetzt ist und die Ausnehmung so positioniert ist, daß, wenn das Element in die Ausnehmung eingesetzt ist, eine bearbeitete asphärische Oberfläche (22, 23) des Elementes für das Beschichtungsmaterial offen zugänglich ist;

b) eine Einrichtung zur Zuführung des Beschichtungsmaterials zu der bearbeiteten Oberfläche;

c) eine Einrichtung (16, 18, 31) zum Drehen des Halteelements (30), um die Achse um eine nicht-konforme Beschichtungsmaterialoberfläche auf der bearbeiteten Oberfläche (22, 23) zu bilden;

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Halten des optischen Plastikelementes (20) in der Ausnehmung (38) des Halters (30), so daß eine Tangente an die Mitte (91) der asphärischen Oberfläche (22, 23), um welche die asphärische Oberfläche (22, 23) bearbeitet ist, unter einem vorbestimmten Winkel (27') zu der Drehachse (34) liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Tangente der Mitte (91) quer zu der Drehachse (32) liegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Mitte (91) der asphärischen Oberfläche im wesentlichen auf der Drehachse (32) positioniert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Mitte (91) der asphärischen Oberfläche um eine vorbestimmte Entfernung (23') von der Drehachse (23) versetzt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Ausnehmung (38) des Halteelements (30) unter einem Winkel in bezug auf die Drehachse (34) so positioniert ist, daß das optische Element (20) in der Ausnehmung durch Zentrifugalkraft gehalten wird, wenn das Halteelement (30) durch die Dreheinrichtung (16, 18, 31) gedreht wird.