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Die vorliegende Erfindung betrifft
hochpräzise
Elemente aus optischem Glas einschließlich Linsen und Prismen, die
für optische
Vorrichtungen wie Bildplatteneinrichtungen verwendet werden. Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere optische Elemente, die
eine Richteigenschaft bezüglich
des optischen Systems benötigen,
Optikelement-Formwerkzeuge, die zum Formen des Optikelements durch
ein superpräzises
Glasformverfahren verwendet werden, und das Optikelement-Formverfahren.
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Aus der veröffentlichten ungeprüften japanischen
Patentanmeldung Hei Nr. 61-21927
ist ein Verfahren zum Herstellen hochpräziser Optikelemente, insbesondere
asphärischer
Glaslinsen, bekannt. Gemäß dieser
Literaturstelle wird ein Glaselement bis etwa auf eine Temperatur
erwärmt,
bei der das Glas verformt werden kann (Erweichungspunkt), und dann wird
das Glaselement ohne Polierprozeß preßgeformt. Dieses Verfahren
erfordert hochpräzise
Werkzeuge. Herkömmliche
Optikelement-Formwerkzeuge und Optikelement-Formvorrichtungen werden
unter Bezugnahme auf einige Zeichnungen unten erläutert. 6 ist eine Querschnittsansicht, um die
Struktur eines herkömmlichen
Optikelement-Formwerkzeugs zu
zeigen, und 7 ist eine Teilquerschnittsansicht, um
die Struktur einer allgemeinen Optikelement-Formvorrichtung zu zeigen.
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Das in 6 gezeigte
herkömmliche
Optikelement-Formwerkzeug umfaßt
ein im wesentlichen zylindrisches Zylinderwerkzeug 100,
einen oberen Preßstempel 120 und
einen unteren Preßstempel 130.
Der obere und untere Preßstempel
(120, l30) passen jeweils in Öffnungen (101, 102)
des Zylinderwerkzeugs 100 und können in der Richtung der Achse 103 gleiten.
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In den Patent Abstracts of Japan,
Band 011, Nr. 089 (C-411), 19. März
1987, & JP-A-61
242921 wird eine Formeinrichtung für eine Glaslinse offenbart,
die eine hochpräzise
Linsenfläche
liefert, die einen Zentrierungsvorgang eliminieren kann. Dazu wird
ein überstehender
Teil neben dem effektiven Durchmesser gebildet, und es wird veranlaßt, daß der überstehende
Teil in eine am unteren Umfang des Oberwerkzeugs vorgesehene Kerbe
8 fließt.
Die Glaslinse weist keine optische Funktionsfläche auf, die zur optischen
Achse asymmetrisch ist.
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Die Patent Abstracts of Japan, Band
010, Nr. 017 (C-324), 23. Januar 1986, & JP-A-60 171232 offenbaren eine geformte
Glaslinse mit mehreren am Außenumfang
der Linse vorgesehenen Vorsprüngen, um
die Zentrierungsarbeit nach dem Formen der Linse unnötig zu machen.
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JP-A-04 230 403 betrifft ein optisches
Glaselement mit ringförmigen
Nuten oder Vorsprüngen
auf der Außenseite
des effektiven Durchmessers der Linse auf beiden Oberflächen der
Linse, um den Zentrierungsvorgang zu vermeiden. Das Optikelement
ist nicht asymmetrisch zu seiner optischen Achse ausgebildet.
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JP-A-06 256 025 betrifft eine Form
zum Formen eines Optikelements mit einer ersten Zylinderform und
einer weiteren zweiten Zylinderform, die um die erste Zylinderform
herum angeordnet wird. Zum Regeln der Abweichung der optischen Achse
und von Torsionskomponenten bezüglich
des Oberwerkzeugs werden Abstandshalter zwischen der ersten Zylinderform
und dem Unterwerkzeug angeordnet.
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JP-A-03 257 032 bezieht sich auf
einen Preßstempel
mit einem ober- und Unterstempel, eine Heizeinrichtung, die abgesenkt
werden kann, um das Werkzeug und das zu formende Material zu erwärmen, und
eine Materialzuführeinrichtung
zum Zuführen
von Material in das Werkzeug und Herausnehmen des endgültigen optischen
Teils nach dem Preßvorgang.
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Aus US-A-4,441,795 sind eine geformte Mehrfokuslinse
und eine jeweilige Formbaugruppe bekannt. Die Formbaugruppe umfaßt Angabedefinierungsmittel
in Form mehrerer Grate zum Erzeugen entsprechender Kerben entlang
dem Außenumfang der
Linse. Diese Kerben sind vorgesehen, um das Anordnen bestimmter
optischer Merkmale der Oberfläche
der Linse zu unterstützen.
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Das in 6 gezeigte
herkömmliche
Optikelement-Formwerkzeug umfaßt
ein im wesentlichen zylindrisches Zylinderwerkzeug 100,
einen oberen Preßstempel 120 und
einen unteren Preßstempel 130.
Der obere und untere Preßstempel
(120, 130) passen jeweils in Öffnungen (101, 102)
des Zylinderwerkzeugs 100 und können in der Richtung der Achse 103 gleiten.
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Glasmaterial 140 wird zwischen
dem oberen Preßstempel 120 und
dem unteren Preßstempel
l30 zugeführt.
Bei einer Ausführungsform
ist auf der Unterseite des oberen Preßstempels 120 eine
konkave Fläche 121 ausgebildet,
damit eine asphärische
Linse gebildet wird, während
eine rotationsasymmetrische Fläche
(z.B. Gitter 132) auf der Formfläche 131 der Oberseite
des unteren Preßstempels 130 ausgebildet
ist. Das Zylinderwerkzeug l00 und die beiden Preßstempel (120, 130)
sind nicht fixiert und nehmen einander nicht in Eingriff. Somit
können
die Preßstempel,
wie durch Pfeil A gezeigt, um die Achse 103 gedreht werden.
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Eine in 9 gezeigte
allgemeine Optikelement-Formvorrichtung umfaßt einen Formwerkzeugeinlaß 232,
eine Heizstufe 227, eine Preßstufe 229, eine Kühlstufe 231 und
einen Formwerkzeugauslaß 233,
die hintereinander angeordnet sind. Ein Heizkopf 226, ein
Preßkopf 228,
ein Kühlkopf 230 und Übertragungsarme 234 sind
ebenfalls in der Vorrichtung enthalten. Mit den Übertragungsarmen 234 wird das
Optikelement-Formwerkzeug einschließlich der herkömmlichen
Werkzeuge und Werkzeuge der vorliegenden Erfindung in der durch
Pfeil C angegebenen Richtung zu jeder Stufe übertragen. Das von dem Formwerkzeugeinlaß 232 bereitgestellte
Optikelement-Formwerkzeug wird bei der Heizstufe 227 auf die
Temperatur erhitzt, bei der das Glasmaterial 140 umgewandelt
wird (z.B. ungefähr
beim Erweichungspunkt) und dann bei der Preßstufe 229 in der
durch Pfeil B angegebenen Richtung gepreßt. Das Formwerkzeug wird bei
der Kühlstufe 231 bis
auf den Erweichungspunkt des Glasmaterials 140 (oder unter den
Erweichungspunkt) abgekühlt
und aus dem Formwerkzeugauslaß 233 herausgenommen.
Dadurch wird ein Optikelement mit vorbestimmter Form gebildet.
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Gemäß dem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung
des obenerwähnten
Formwerkzeugs sind jedoch das Zylinderwerkzeug 100 und
die Preßstempel
(120, 130) nicht fixiert oder stehen nicht in Eingriff,
weshalb sich der obere Preßstempel 120 und
der unteren Preßstempel 130 um
die Achse 103 drehen können.
Deshalb können
sich die Preßstempel
um die Achse 103 drehen, wenn das Optikelement-Formwerkzeug
vom Übertragungsarm 234 von Stufe
zu Stufe übertragen
wird. Falls die gedrehten Preßstempel
rotationsasymmetrische Flächen
wie der untere Preßstempel 130 aufweisen,
wird die Optikelement-Kopierfläche
vor und nach dem Kopieren der rotationsasymmetrischen Fläche versetzt.
Wie in 10 gezeigt, werden das erforderliche
Gitter 135 und das geformte Gitter 136 zueinander
versetzt. Dadurch wird kein Optikelement mit einer gewünschten Optikelementleistung
erhalten.
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Die Innenfläche des Zylinderwerkzeugs 100 und
die Außenflächen der
Preßstempel
sind gleichmäßige Kreise,
weshalb auch die Außenfläche des unter
Verwendung dieses Werkzeugs gebildeten Optikelements ein gleichmäßiger Kreis
wird. Deshalb sollte in einigen Fällen die Richtung markiert
werden, wenn ein derartiges Optikelement an einer optischen Vorrichtung
montier wird, und es sollte auch ein Optikelement mit einer rotationsasymmetrischen
Fläche in
einer vorbestimmten Richtung montiert werden. Markieren wird ebenfalls
benötigt,
falls das Optikelement eine sphärische
oder asphärische
Linse ist, die bikonkav oder bikonvex ist und die Krümmungsradien
beider Flächen ähnlich sind.
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Gemäß einem herkömmlichen
Verfahren werden Positionsmarken nach dem Formen des Optikelements
angeheftet, um die Montagerichtung am optischen Element mit rotationsasymmetrischen
Flächen
zu markieren. Ansonsten wird die Marke gemalt. Bei einem anderen
Fall wird eine Seite des Optikelements gerade geschnitten, so daß der Querschnitt
senkrecht zur Achse im wesentlichen D-förmig
wird (dies wird als D-Schnitt bezeichnet). Oder das Optikelement
wird so geschnitten, daß zwei
parallele gerade Linien gebildet werden (H-Schnitt). In noch einem
weiteren Fall wird der Querschnitt des Formwerkzeugs so bearbeitet, daß er quadratisch
ist, so daß die
Konfiguration des Optikelements direkt positioniert werden kann.
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Gemäß diesen herkömmlichen
Verfahren werden die Formen der Formflächen unter Verwendung von Mikroskopen
unterschieden, wenn die Montagerichtung oder die Markierungsposition
des Optikelements entschieden wird. Auswertungsgeräte wie Laserfleck-Untersuchungsgeräte werden
ebenfalls verwendet, um die Richtung des Optikelements in Abhängigkeit
von der Form des konvergierenden Lichtstrahls zu unterscheiden.
Die Verfahren sind ineffizient, und die Marken können nicht präzise positioniert
werden. Wenn eine Linse mit Beugungselementen einschließlich Gittern
integriert wird, wird zur Montage um die Achse herum mehr Genauigkeit
benötigt.
Die Massenproduktion der Linse ist deshalb schwierig, und die Kosten
werden dadurch angehoben. Es ist weiterhin schwierig, den Querschnitt
des Zylinderwerkzeugs so zu verarbeiten, daß er quadratisch ist. Es ist
im wesentlichen unmöglich,
eine präzise
bearbeitete Linse zu erhalten, mit der Beugungselemente einschließlich Gitter
integriert werden.
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Der erste Zweck der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Optikelements, das
leicht an einer optischen Vorrichtung montiert werden kann, ohne
daß unter
Verwendung von Auswertungsgeräten
usw. die Montagerichtung markiert wird, wenn das Optikelement an
der optischen Vorrichtung montiert wird. Der zweite Zweck der vorliegenden
Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Optikelement-Formwerkzeugs
und eines Verfahrens zum Formen eines Optikelements, ohne daß die Optikelement-Kopierflächen beim Übertragen
des Formwerkzeugs verschoben werden. Dazu werden das Zylinderwerkzeug
und die Preßstempel,
die zueinander rotationsasymmetrisch sind, fixiert, wenn das Optikelement
immer noch umgeformt werden kann.
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Um diese Aufgaben zu lösen, ist
das Optikelement gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzpunkt zwischen
dem effektiven Bereich der optischen Funktionsfläche und dem Seitenteil des
optischen Elements ausgebildet ist und wobei der Referenzpunkt mindestens
eine geneigte Fläche
konvexer oder konkaver Form in einem vorbestimmten Winkel zur Formfläche enthält. Die
optische Funktionsfläche
ist zur Anbringung an einer optischen Vorrichtung mit diesen Referenzpunkten
versehen. Die Referenzpunkte, die konkav oder konvex sind, sind
an der optischen Funktionsfläche
mit Ausnahme des effektiven Bereichs der Fläche vorgesehen. Wenn das Optikelement
der vorliegenden Erfindung an einer optischen Vorrichtung befestigt
wird, kann die Richtung somit auch dann leicht entschieden werden,
wenn mindestens eine der optischen Funktionsflächen des optischen Elements
rotationsasymmetrisch ist. Der Referenzpunkt ist zwischen dem effektiven
Bereich der optischen Funktionsfläche des Optikelements und der
Seite des Optikelements vorgesehen, so daß sich die optische Leistung
des Optikelements nicht verschlechtert. Außerdem wird veranlaßt, daß der Referenzpunkt
eine geneigte Fläche
ist, so daß eine Kraftkomponente
senkrecht zur Preßrichtung
aus dem Druck erzeugt wird, der von der geneigten Fläche auf
das Formwerkzeug ausgeübt
wird. Somit kann während
des Formprozesses eine Drehung oder eine Parallelverschiebung des
Formwerkzeugs vermieden werden.
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Falls das Optikelement zwei optische
Funktionsflächen
aufweist, die beide sphärische
oder asphärische,
bikonkave oder bikonvexe Formen mit ähnlichem Krümmungsradius sind, wird das
Optikelement häufig
mit der falschen Seite nach oben montiert. Der Referenzpunkt erleichtert
jedoch die Unterscheidung der optischen Funktionsfläche und
die Entscheidung über
die Montagerichtung, so daß ein derartiger
Fehler vermieden werden kann.
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Dies ist besonders dann effektiv,
wenn die zum Montieren mit dem Referenzpunkt versehene Fläche rotationsasymmetrisch
ist. Weiterhin wird der Querschnitt senkrecht zur optischen Achse
im wesentlichen rechteckig ausgeführt, so daß jede Seite des Querschnitts
wie ein Richtungsentscheidungsmittel funktioniert. Eine ähnliche
Funktion kann man finden, wenn der Querschnitt senkrecht zur optischen Achse
ein Paar parallele Seiten und ein Paar kreisbogenförmige Seiten
umfaßt,
die einander zugewandt sind.
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Zur Bereitstellung eines derartigen
Optikelements umfaßt
das Optikelement-Formwerkzeug
der vorliegenden Erfindung ein Zylinderwerkzeug mit Öffnungen
an beiden Enden und ein Paar in dem Zylinderwerkzeug gleitende Preßstempel
auf. Mindestens einer der Preßstempel
weist eine Formfläche
auf, die zur optischen Achse der optischen Funktionsfläche asymmetrisch
ist (rotationsasymmetrisch). Der Preßstempel mit einer rotationsasymmetrischen
Formfläche
und das Zylinderwerkzeug nehmen einander in Eingriff um zu verhindern,
daß sich
der Preßstempel mit
der rotationsasymmetrischen Formfläche um die Gleitrichtung der
Achse dreht.
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Wenn ein optisches Material wie etwa
Glas etwa auf den Erweichungspunkt erhitzt und durch Pressen der
Preßstempel
in eine vorbestimmte Form geformt wird, ist der Preßstempel
mit der rotationsasymmetrischen Fläche am Zylinderwerkzeug fixiert, so
daß sich
der Preßstempel
nicht um die Achse dreht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird mindestens ein Einschnitt vorgesehen, um mindestens eine geneigte
Fläche
eines vorbestimmten Winkels zur Formfläche zu bilden. So wird der
Druck auf die geneigte Fläche
in der Richtung senkrecht zum Gleiten der Preßstempel abgeleitet. Dadurch
kann verhindert werden, daß sich
das Werkzeug mit dem Einschnitt um die Achse der Gleitrichtung dreht.
Falls die mit der geneigten Fläche
ausgebildete Formfläche rotationsasymmetrisch
ist, findet an der rotationsasymmetrischen optischen Funktionsfläche des
geformten Optikelements keine Verschiebung statt. Weiterhin wird
bewirkt, daß die
Gratlinie der geneigten Fläche
entweder parallel zur Hauptachse oder zur Nebenachse an der rotationsasymmetrischen Formfläche verläuft, so
daß die
Richtung zur Montage des Optikelements an der optischen Vorrichtung unter
Bezugnahme auf die Richtung der Gratlinie auf der geneigten Fläche entschieden
werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
der Querschnitt senkrecht zur Gleitrichtung der Preßstempel
ein Paar paralleler Seiten und ein Paar kreisförmiger Seiten, die einander
zugewandt sind. Somit können
sich die Preßstempel
relativ zum Zylinderwerkzeug nicht um die Achse der Gleitrichtung
drehen. Deshalb wird selbst dann keine Verschiebung angetroffen,
wenn das Optikelement eine rotationsasymmetrische optische Funktionsfläche aufweist.
Außerdem
wird die Richtung zur Montage des Optikelements an der optischen
Vorrichtung leicht entschieden, da der Querschnitt des Optikelements
ebenfalls oval ist.
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Das Verfahren des Formens des Optikelements
der vorliegenden Erfindung umfaßt
die folgenden Schritte:
Zuführen
eines optischen Materials zwischen einem Paar Preßstempel,
die in einem Zylinderwerkzeug gleiten,
Drücken der Preßstempel
in der Gleitrichtung, während
das optische Material ungefähr
auf seinen Erweichungspunkt erwärmt
wird,
Formen des optischen Materials in eine vorbestimmte Form
und
Kühlen
des optischen Materials unter Beibehaltung des Zustands. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist mindestens einer der Preßstempel rotationsasymmetrisch,
und der Preßstempel
wird teilweise geschnitten, mit Ausnahme des optischen Funktionsteils,
um mindestens eine geneigte Fläche
mit einem vorbestimmten Winkel zur Formfläche zu bilden. Das optische
Material wird in den Einschnitt gefüllt, und die geneigten Flächen werden über das
eingefüllte
optische Material unter Druck gesetzt, wodurch es möglich ist,
zu verhindern, daß sich
der Preßstempel
mit dem Einschnitt um die Achse der Gleitrichtung dreht. Somit wird
der Druck auf die geneigte Fläche
in der senkrecht zur Gleitrichtung verlaufenden Richtung verteilt,
so daß die
Drehung des Preßstempels
mit dem Einschnitt verhindert wird. Außerdem weist die Formfläche, die
rotationsasymmetrisch und mit mindestens einer geneigten Fläche ausgebildet
ist, keine Verschiebung auf.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
werden der Prozeß des
Erhitzens des optischen Materials bis etwa auf den Erweichungspunkt,
der Prozeß des Pressens
der Preßstempel
und der Kühlprozeß jeweils
in verschiedenen Stufen durchgeführt,
während sich
das Optikelement-Formwerkzeug mit dem Zylinderwerkzeug und den Preßstempeln
zwischen den Stufen bewegt. Allgemeine Optikelement-Formvorrichtungen
können
deshalb ohne Ummodellierung verwendet werden.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, um die Struktur eines Optikelement-Formwerkzeugs zu
erläuternden
Zwecken zu zeigen, nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht auf das Optikelement-Formwerkzeug von 1 ohne den oberen Preßstempel.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, um die Struktur einer Ausführungsform
des Optikelement-Formwerkzeugs der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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4 ist
eine Draufsicht auf das Optikelement-Formwerkzeug der Ausführungsform
von 3 ohne den oberen Preßstempel.
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5(a) bis 5(d) sind Perspektivansichten, um die anderen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, um die Struktur eines herkömmlichen
Optikelement-Formwerkzeugs zu zeigen.
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7 ist
eine Teilquerschnittsansicht. um die Struktur einer allgemeinen
Optikelement-Formvorrichtung zu zeigen.
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8 ist
eine Draufsicht, um ein unter Verwendung eines herkömmlichen
Optikelement-Formwerkzeugs hergestelltes Optikelement zu zeigen,
auf dem das Gitter angeordnet ist.
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Zu erläuternden Zwecken. nicht gemäß der Erfindung,
wird eine Ausführungsform
des Optikelement-Formwerkzeugs und des Verfahrens für selbiges
unten unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert. 1 ist eine Querschnittsansicht, um die Struktur
des Optikelement-Formwerkzeugs zu zeigen, und 2 ist eine Draufsicht, bei der der obere Preßstempel
weggelassen ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfaßt das Optikelement-Formwerkzeug ein
im wesentlichen zylindrisches Zylinderwerkzeug 10, einen
oberen Preßstempel 20,
einen unteren Preßstempel 30 und
Eingriffsglieder 40. Die beiden Preßstempel (20 und 30)
passen jeweils in die obere Öffnung 11 und
die untere Öffnung 12 des
Zylinderwerkzeugs 10. Die Eingriffsglieder 40 nehmen
das Zylinderwerkzeug 10 und den unteren Preßstempel 30 in
Eingriff damit sie sich nicht um die Achse 13 drehen.
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Das Zylinderwerkzeug 10 besteht
beispielsweise aus einem Hartmetall (Sinterkarbid). Einschnitte
oder Kanäle 14 zur
Ineingriffnahme mit den Eingriffsgliedern 40 sind um die
untere Öffnung 12 der Konfiguration
des Zylinderwerkzeugs 10 herum ausgebildet. Sowohl der
obere Preßstempel 20 als
auch der untere Preßstempel 30 sind
aus einem Hartmetall hergestellt. Die untere Seite des oberen Preßstempels 20 ist
zu einer asphärischen
Gestalt geformt, deren Krümmungsradius
5,0 mm beträgt
(Formfläche 21).
Die obere Seite (Formfläche 33)
des unteren Preßstempels 30 ist
mit einem Gitter 34 versehen. Der Querschnitt des Gitters 34 besteht
aus Rechtecken mit einer Breite von 1 mm, einem Abstand von 0,5
mm und einer Tiefe von 250 nm.
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Der obere Preßstempel 20 und der
untere Preßstempel 30 können in
Richtung der Achse 13 im Zylinderwerkzeug 10 gleiten.
Bei dieser Ausführungsform
ist das am unteren Preßstempel 30 ausgebildete
Gitter 34 rotationsasymmetrisch. Deshalb sind Einschnitte
oder Kanäle 32 auch
am Flansch 31 des unteren Preßstempels 30 ausgebildet,
damit sie die Eingriffsglieder 40 in Eingriff nehmen. Hier
sind die Kanäle 14 des
Zylinderwerkzeugs 10 und die Kanäle 32 des unteren
Preßstempels 30 1,5
mm breit und 2,0 mm tief. Die Eingriffsglieder 40 sind
ein rechteckiges Parallelflach aus einem Metallmaterial mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten,
der höher
ist als der des Hartmetalls des Zylinderwerkzeugs 10 und
der Preßstempel
(20, 30). Ein Beispiel für ein derartiges Metall ist
SUS304. Glasmaterial 50 (z.B. SF-8) wird ähnlich herkömmlichen
Techniken zwischen dem oberen Preßstempel 20 und dem
unteren Preßstempel 30 zugeführt.
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Ein Verfahren zum Formen eines Optikelements
unter Verwendung des obenerwähnten
Optikelement-Formwerkzeugs wird unten erläutert. Wie in 1 gezeigt, wird Glasmaterial 50 zwischen
dem oberen Preßstempel 20 und
dem unteren Preßstempel 30 zugeführt. Dann
nehmen die Eingriffsglieder 40 sowohl die Kanäle 32 des
Flansches 31 des unteren Preßstempels 30 als auch
die Kanäle 14 des
unteren Endes des Zylinderwerkzeugs 10 in Eingriff. Das
zusammengebaute Optikelement-Formwerkzeug wird vom Einlaß 232 der
in 7 gezeigten Optikelement-Formvorrichtung
zugeführt,
durch den Übertragungsarm 234 zur
Heizstufe 227 übertragen, wo
es auf den Erweichungspunkt des Glasmaterials 50 (etwa
505°C) erwärmt wird.
Bei dem zur Heizstufe 227 übertragenen Optikelement-Formwerkzeug sind der
untere Preßstempel 30 und
das Zylinderwerkzeug 10 fixiert, damit sie sich nicht um
die Achse 13 drehen. Die Formfläche 33 des unteren
Preßstempels 30 ist
mit einem Gitter 34 gebildet.
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Nachdem der untere Preßstempel 30 und das
Zylinderwerkzeug 10 fixiert sind, wird das Optikelement-Formwerkzeug
vom Übertragungsarm 234 zur
Preßstufe 229 übertragen,
wo der obere Preßstempel 20 in
der durch den Pfeil B angegebenen Richtung gepreßt und somit das Glasmaterial 50 in die
vorbestimmte Form geformt wird. Nach dem Formprozeß wird das
Optikelement-Formwerkzeug zur Kühlstufe 231 übertragen,
wo das Optikelement-Formwerkzeug und das Glasmaterial 50 gekühlt werden.
Das fertige Optikelement wird aus dem Auslaß 233 he rausgenommen.
Der mit dem Gitter 34 ausgebildete untere Preßstempel 30 dreht
sich nicht um die Achse 13, wenn das Optikelement-Formwerkzeug
zur Kühlstufe 231 übertragen
wird, da der untere Preßstempel 30 und
das Zylinderwerkzeug 10 durch die Eingriffsglieder 40 fixiert
sind. Deshalb trifft man beim Optikelement dieser Ausführungsform
keine Gitterverschiebung an, wie in 8 gezeigt.
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Wenn das herkömmliche Optikelement-Formwerkzeug
von 6 verwendet wird, können sich
der untere Preßstempel 130 und
das Zylinderwerkzeug 100 aufgrund einiger Faktoren, einschließlich Schlag
während
der Beförderung
und Reibungswiderstand, getrennt drehen, da der untere Preßstempel 130 und
das Zylinderwerkzeug 100 nicht fixiert sind. Die Konfiguration
des vom Zylinderwerkzeug 100 kopierten Optikelements wird
früher gekühlt und
verfestigt, weshalb sich das geformte Optikelement ebenfalls mit
dem Zylinderwerkzeug 100 dreht. Dadurch kann das Optikelement
ein versetztes Gitter aufweisen, das heißt, eine bevorzugte optische
Leistung kann nicht erhalten werden.
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Es wurde ein Vergleich angestellt
zwischen einem herkömmlichen,
unter Verwendung eines herkömmlichen
Optikelement-Formwerkzeugs gebildeten Optikelements und dem dieser
Ausführungsform. Der
Bildfehler der übertragenen
Wellenfront des herkömmlichen
Optikelements betrug 0,05 λ oder
mehr, während
der der vorliegenden Erfindung 0,04 λ oder weniger betrug. Das herkömmliche
Optikelement streute wegen der Gitterversetzung unendlich, weshalb
keine Gitterleistung erhalten wurde. Andererseits jedoch erhielt
man durch das Produkt der vorliegenden Erfindung ohne Gitterversetzung
eine Gitterleistung. Das Spektralverhältnis des Optikelements dieser
Ausführungsform
war wie vorhergesagt (gebrochenes Licht +1ter Ordnung: gebrochenes
Licht 0ter Ordnung: gebrochenes Licht -1ter Ordnung) = 1 : 5 : 1.
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Bei dieser Ausführungsform wurde als das Glasmaterial 50 SF-8
mit einem Erweichungspunkt von etwa 505°C verwendet. Es können auch
andere Glasmaterialien wie etwa ein Lanthan enthaltendes Glasmaterial
und niedrigschmelzendes Glasmaterial verwendet werden. Hier wurde
für die
Preßstempel (20, 30)
Hartmetall (Sinterkarbid) verwendet, doch können auch andere Materialien
verwendet werden, falls sie bei höherer Temperatur eine überlegene
Hitzebeständigkeit
und Festigkeit aufweisen. Bei dieser Ausführungsform wurden Kanäle mit rechteckigem Querschnitt
im unteren Preßstempel 30 und
im Zylinderwerkzeug 10 ausgebildet, und im wesentlichen rechteckige
Parallelflach-Eingriffsglieder 40 wurden verwendet, damit
der untere Preßstempel 30 und
das Zylinderwerkzeug 10 einander in Eingriff nehmen. Den
gleichen Effekt kann man erhalten, wenn Löcher mit kreisförmigen Querschnitten
im unteren Preßstempel 30 und
im Zylinderwerkzeug 10 ausgebildet und im wesentlichen
zylindrische Eingriffsglieder verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform
wurden der untere Preßstempel 30 mit
rotationsasymmetrischer Fläche
und das Zylinderwerkzeug 10 zur Ineingriffnahme zusammengesetzt.
Es ist außerdem
möglich,
Kanäle
am Flansch des oberen Preßstempels 20 und
in der Nähe
des oberen Endes 11 des Zylinderwerkzeugs 10 auszubilden,
so daß beide
Werkzeuge über
Eingriffsglieder 40 in Eingriff genommen werden.
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Unten wird unter Bezugnahme auf einige Zeichnungen
eine Ausführungsform
des Optikelement-Formwerkzeugs und das Verfahren für selbiges der
vorliegenden Erfindung erläutert. 3 ist eine Querschnittsansicht, um die
Struktur des Optikelement-Formwerkzeugs der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zu zeigen, und 4 ist eine
Draufsicht, bei der der obere Preßstempel weggelassen ist. Wie
in den 3 und 4 gezeigt,
umfaßt das
Optikelement-Formwerkzeug
der zweiten Ausführungsform
ein im wesentlichen zylindrisches Zylinderwerkzeug 60,
einen oberen Preßstempel 70 und
einen unteren Preßstempel 80.
Die beiden Preßstempel
passen jeweils in die obere Öffnung 61 und die
untere Öffnung 62 des
Zylinderwerkzeugs 60. Das Zylinderwerkzeug 60 und
der obere Preßstempel 70 gleichen
im wesentlichen denen der in 6 gezeigten
herkömmlichen
Technik. Das Gitter 82 wird auf der oberen Seite (Formfläche 81)
des unteren Preßstempels 80 ausgebildet.
Das Gitter 82 weist einen Querschnitt mit einer Dreieckswellenform
auf, und der Abstand beträgt
0,2 mm und die Tiefe 370 nm. An beiden Enden der Formfläche 81 sind
geneigte Flächen 83 ausgebildet.
Die geneigten Flächen 83 verlaufen
parallel zum Gitter, und der Winkel zur Formfläche beträgt 30°, die Tiefe 2 mm. Das Glasmaterial 90 wird
zwischen dem oberen Preßstempel 70 und
dem unteren Preßstempel 80 auf
die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform von 1 und 2 zugeführt. Als
Glasmaterial wurde BK-7 (der Glasübergangspunkt beträgt 553°C, und die
Fließgrenze beträgt 614°C) verwendet.
Bei dieser Ausführungsform
wird ein Verschieben des Gitters 82 durch das Ausbilden
der geneigten Flächen 83 an
der Formfläche 81 des
unteren Preßstempels 80 verhindert.
Im Gegensatz zur Ausführungsform
von 1 und 2 werden das Zylinderwerkzeug 80 und
einer der Preßstempel
nicht direkt fixiert.
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Unten wird ein Verfahren zum Formen
eines Optikelements unter Verwendung des obenerwähnten Optikelement-Formwerkzeugs
der zweiten Ausführungsform
erläutert.
Wie in 3 gezeigt, wird Glasmaterial 90 zwischen
dem oberen Preßstempel 70 und
dem unteren Preßstempel 80 zugeführt. Das zusammengesetzte
Optikelement-Formwerkzeug wird vom Einlaß 232 der Optikelement-Formvorrichtung
(in 7 gezeigt) beschickt und vom Übertragungsarm 234 zur
Heizstufe 227 übertragen,
wo es auf den Erweichungspunkt des Glasmaterials 90 (etwa
520°C) erhitzt
wird.
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Als nächstes wird das Optikelement-Formwerkzeug
vom Übertragungsarm 234 zur
Preßstufe 229 übertragen,
wo das Glasmaterial 90 die vorbestimmte Form erhält. Gleichzeitig
wird das Glasmaterial 90 in den konkaven Teil in der Nähe der geneigten Flächen 83 gefüllt, die
an beiden Enden der Formfläche 81 des
unteren Preßstempels 80 ausgebildet sind.
Das eingefüllte
Glasmaterial 90 setzt die geneigten Flächen 83 unter Druck,
die mit der Formfläche 81 des
unteren Preßstempels 80 einen
Winkel von 30° bilden.
Dadurch erhält
der unter Preßstempel 80 nicht
nur den durch Unterdrucksetzen der geneigten Flächen 83 erzeugten
vertikalen Druck, sondern auch eine horizontale Kraftkomponente.
Dadurch wird die Drehung um die Achse 63 herum im wesentlichen
verhindert. Außerdem
kühlt sich
das Glasmaterial 90 ab und schrumpft, wenn das Optikelement- Formwerkzeug von
der Preßstufe 229 zur
Kühlstufe 231 übertragen
wird. Dadurch erhöht
sich die Kraft, mit der das Glasmaterial 90 auf die geneigten Flächen 83 drückt. Dadurch
wird die Drehverschiebung des Glasmaterials 90 und des
unteren Preßstempels 80 um
die Achse 63 herum verhindert. Weiterhin wird das Glasmaterial
90, in das eine vorbestimmte Konfiguration kopiert wird, nicht parallel
von der Formfläche 81 verschoben.
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Das Gitter 82 des unteren
Preßstempels 80 und
das Glasmaterial 90 drehen sich nicht oder bewegen sich
parallel, während
das Optikelement-Formwerkzeug vom Übertragungsarm 234 von der
Preßstufe 229 zur
Kühlstufe 231 übertragen
wird. Deshalb wird das Glasmaterial 90 bei Kühlung in
der Kühlstufe 231 ohne
Verschiebung des Gitters 82 gepreßt und geformt. Später werden
das Optikelement-Formwerkzeug
und das Glasmaterial 90 bei der Kühlstufe 231 allmählich auf
die Kühltemperatur
(etwa 420°C)
abgekühlt,
damit man die gewünschte
optische Leistung erhält.
Das geformte Optikelement wird vom Übertragungsarm 234 bei
allmählicher
Kühlung
im Formwerkzeug zum Auslaß 233 übertragen. Dadurch
wird ein vollständiges
Optikelement herausgenommen. Das Gitter 82 des unteren
Preßstempels 80 und
das geformte Optikelement (Glasmaterial 90) verschieben
sich nicht, bis sie getrennt werden.
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Gemäß der Technik, bei der das
herkömmliche
Optikelement-Formwerkzeug verwendet wird, kann das Gitter während des
Formprozesses verschoben werden, da sich der mit einem Gitter versehene
untere Preßstempel
um die Achse der Gleitrichtung der Preßstempel und des Zylinderwerkzeugs dreht.
Ein weiterer Grund für
das Verschieben des Gitters besteht darin, daß das kopierte Optikelement vor
dem Kühlprozeß übertragen
wird. Das Optikelement-Formwerkzeug dieser Ausführungsform verhindert jedoch
eine Drehung um die Achse der Gleitrichtung herum. Deshalb wird
das Optikelement dieser Ausführungsform
geformt, ohne daß sich
das Gitter verschiebt. Herkömmliche
Optikelemente streuen wegen der verschobenen Gitter indefinit, weshalb keine
Gitterleistung erhalten wird. Durch das Produkt der vorliegenden
Erfindung erhält
man ein Optikelement, bei dem sich das Gitter nicht verschiebt,
und das Optikelement zeigt eine Gitterleistung. Das heißt, es wird
ein gewünschtes
Optikelement erhalten.
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Die Richtung des Gitters kann sofort
erkannt werden, da die Richtung der auf das Optikelement kopierten
geneigten Flächen 83 gleich
der Gitterrichtung ist. Außerdem
kann die Position des Gitters durch Einarbeiten von Befestigungsgliedern
auf der Linsenzylinderseite präzise
definiert werden.
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Ein Optikelement, wie etwa das verfestigte Glasmaterial 90 in 3. wird durch das Optikelement-Formverfahren
unter Verwendung des Optikelement-Formwerkzeugs der zweiten Erfindung
hergestellt. Es ist offensichtlich, daß durch die Teile (Vorsprünge), die
in den Einschnitt gefüllt
sind, der die geneigten Flächen 83 ausmacht,
die Richtung der Montage des Optikelements auf einer optischen Vorrichtung
entschieden wird.
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Gemäß einer weiteren, in 5(a) gezeigten Ausführungsform sind an der mit
einem Gitter 202 ausgebildeten Formfläche Vorsprünge 204 mit einem dreieckigen
Querschnitt zum Entscheiden der Position und Richtung ausgebildet.
Die Vorsprünge 204 sind
parallel zur Richtung des Gitters 202 ausgebildet, das
eine rotationsasymmetrische optische Funktionsfläche darstellt. Kanäle mit dreieckigen
Querschnitten sind an der Formfläche
des nicht gezeigten Preßstempels
des Optikelement-Formwerkzeugs ausgebildet, um dieses Optikelement
zu formen, und die Kanäle
verlaufen parallel zum Gitter. Die geneigten Flächen der Kanäle fungieren
als die geneigten Flächen 83 der
Ausführungsform
von 3 und 4. Dadurch
wird die Drehung der Preßstempel
um die Achse herum verhindert, und das Gitter 202 wird nicht
verschoben. Die Vorsprünge 204 fungieren auch
als ein Richtungsentscheidungsmittel zum Montieren des Optikelements 200 an
einer optischen Vorrichtung.
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Gemäß noch einer weiteren, in 5(b) gezeigten Ausführungsform sind am im wesentlichen zylindrischen
Optikelement 200 in einer Richtung parallel zum Git ter 202 flache
Oberflächen 205 ausgebildet.
Der Zweck der flachen Oberfläche 205 besteht darin,
die Montagerichtung zu entscheiden und die Drehung des Preßstempels
zu verhindern. Die Querschnitte des Zylinderwerkzeugs und der Teile
der Preßstempel
(nicht gezeigt), die mit den Zylinderwerkzeugen in Eingriff geraten,
bilden eine ovale Form mit einem Paar paralleler, gegenüberliegender Seiten
und mit einem Paar gegenüberliegender kreisbogenförmiger Seiten.
In diesem Fall nehmen das Zylinderwerkzeug und die Preßstempel
einander über
die flachen Oberflächen
in Eingriff, weshalb sich die Preßstempel nicht um die optische
Achse drehen. Die flachen Oberflächen 205 fungieren
auch als ein Richtungsentscheidungsmittel zum Montieren des Optikelements 200 an
einer optischen Vorrichtung.
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5(c) zeigt
eine Ausführungsform,
bei der an der Formfläche
mit dem Gitter 202 (wie in 5(a) gezeigt)
Vorsprünge 204 mit
einem dreieckigen Querschnitt ausgebildet sind, um die Position und
die Richtung zu entscheiden. Die Vorsprünge 204 sind parallel
zur Richtung des Gitters 202 ausgebildet, bei dem es sich
um eine rotationsasymmetrische optische Funktionsfläche handelt. 5(d) zeigt ein entgegengesetztes Beispiel
von 5(b), bei dem Vorsprünge 204 und
geneigte Flächen 207 am
Außenumfang
des im wesentlichen zylindrischen Optikelements 200 in
der Richtung parallel zum Gitter 202 ausgebildet sind,
um die Montagerichtung zu entscheiden und die Drehung der Preßstempel
zu verhindern.