DE7429536U

DE7429536U - Linsenhalter zur halterung eines linsenrohlings an einer maschine zum schleifen asphaerischer linsen

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Publication number: DE7429536U
Application number: DE7429536U
Authority: DE
Original assignee: CELESTRON PACIFIC Inc TORRANCE (KANADA)
Current assignee: CELESTRON PACIFIC Inc TORRANCE (KANADA)
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1974-09-02
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2441976B2; DE2441976C3; GB1481604A; DE2441976A1; US3837125A

Description

: 5000'MiBiCKeHA). Mühfdoffstraße 25

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Telefon (089) «6872 Telegramme patemus münchen It , . ,, - , _ , . Postscheck München 39418-802

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

G 73 29 536.6

CELESTRON PACIFIC INC.

G 095 Ol

1.8.1978

Linsenhalter zur Halterung eines Linsenrohlings an einer Maschine zum Schleifen asphärischer

Die Erfindung betrifft einen Linsenhalter zur Halterung eines Linsenrohlings an einer Maschine zum Schleifen asphärischer Linsen, wobei der Linsenhalter eine der Form der zu schleifenden Linse komplementär geformte Oberfläche aufweist.

Ein bekannter Linsenhalter dieser Art weist einen ebenen Glasblock und eine darauf aufgebrachte Carbonscheibe mit der komplementär geformten Oberfläche auf. Der Linsenrohling wird durch Druck an diese Oberfläche angedrückt und durch Adhäsionskräfte an dieser Oberfläche gehalten, wobei diese Adhäsionskräfte durch Kapillarwirkung einer die Oberfläche benetzenden Flüssigkeit aufgebracht werden. Die Carbonscheibe, die aus einem weicheren Material als Glas besteht, kann sich in Anpassung an Unregelmäßigkeiten im Linsenrohling verformen, was die erzielbare Genauigkeit mindert. Ein weiterer Üngenauigkeitsfaktor ist der Flüssigkeitsfilm zwischen der Carbonscheibe und dem Linsenrohling, wobei zudem die Poren leicht durch die verschiedenen bei der Herstellung der Lin-

sen verwendeten Reinigungsmittel verstopft werden können, was mit zunehmender Gebrauchsdauer zu immer geringeren Kapillarkräften und insgesamt zu einer verkürzten Lebensdauer führtCGB-PS 793 3>O8).

Es ist weiter bekannt, dünne Glasplatten mit Hilfe von Unterdruck zu verformen, wobei als Abstützung konzentrische, elastische Dichtringe dienen, welche die Unterdruckseite der Glasplatte in gegeneinander abgedichtete Zonen unterschiedlichen Unterdrucks unterteilen. Die andere Seite der Platte wird dann eben bearbeitet. Nach der Verformung federt die Glasplatte in unverformten Zustand zurück, wobei sie auf der unbearbeiteten Seite wieder eben wird und auf der anderen Seite die Negativform ihrer verformten Kontur annimmt. Da kein Gegenhalter mit Negativkontur der zu erzeugenden Kontur vorgesehen ist, entspricht die Kontur der fertigen Linse der negativen Kontur einer auf kreisförmigen Abstützlinien abgestützten, durch eine Flächenlast beanspruchten Kreisplatte. Eine beliebige gewünschte Oberflächenkontur, wie sie beispielsweise zur Herstellung einer Schmidt-Korrekturlinse verwirklicht werden soll, läßt sich hierbei nfcht realisieren.(DT-OS 2 0^6 598).

Schließlich ist auch ein einstückiger Linsenhalter aus einem gummielastischen Material bekannt, der eine komplementär zu einer Linsenoberfläche geformte Oberfläche und einer in diese Oberfläche mündende, mit einer Unterdruckqgelle verbundene Bohrung und von dieser Bohrung ausgehende Kanäle aufweist (US-PS 3 134 208). Der Linsenhalter dient hierbei nicht zur Verformung der von ihm zu spannenden Linse, die also auf der mit dem Linsenhalter in Berührung kommenden Oberfläche bereits fertig bearbeitet ist oder dort noch nachträglich bearbeitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linsenhalter der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sich damit Linsen sicher aufspannen und dadurch mit hoher Genauigkeit an die komplementär geformte Oberfläche des Linsenhalters anpassen und in verformten Zustand auf der Gegenseite bearbeiten lassen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Linsenhalter mindestens eine in seine dem Linsenrohling zugewandte Oberfläche mündende Bohrung aufweist, die mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, und daß der Linsenhalter in seiner dem Linsenrohling zugewandten Oberfläche mit der Bohrung verbundene Kanäle aufweist.

Die Aufspann- und Verformungskraft des Linsenrohlings wird, wie an sich bekannt (DT-OS 2 036 598) durch Unterdruck aufgebracht, wobei jedoch der Linsenrohling genau in Anpassung an die zur Abstützung dienende, komplementär geformte Oberfläche des Linsenhalters verformt wird. Dann wird die Linse auf der Gegenseite plangeschliffen und -poliert. Die durch den Unterdruck erzeugte Kraft dient hierbei als Haltekraft für den Linsenrohling, die durch aufgrund der hohen, erzeugbaren Flächenkonformität entstehende Adhäsionskräfte ergänzt wird.

Nach Wegnehmen des Unterdrucks und Ablösen des Linsenrohlings, der aufgrund der genannten Adhäsionskräfte dann immer noch anhaften kann, federt die Linse in ihre Ausgangsgestalt zurück und hat nun auf der Gegenseite die gewünschte Kontur.

Bei einer vorteilhaften Ausführung des Linsenhalters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verbindung zwischen der Bohrung und der Unterdruckquelle von einem den Linsenhalter aufnehmenden Futter, einer das Futter tragenden Hohlspindel und einer auf der Hohlspindel gelagerten Schlauchkupplung gebildet ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten naher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen/Schnitt durch einen Linsenhalter aus Glas, der mit einer Kontur versehen werden soll;

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Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zum Schleifen des Linsenhalters mit dem Linsenhalter;

Fig. 3 eine' Ansicht einejdünnen Probestücki aus Glas zur Verwendung bei der Erfindung;

Fig. 4 eine Unteransicht des Probestückes nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Teilschnitt der Anordnung eines Probestückes bzw. Linsenrohlings auf dem Linsenhalter zum Schleifen der Oberfläche des Probestückes;

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung, welche das Probestück bzw. den Linsenrohling von dem Linsenhalter nach dem Schleifen entfernt zeigt;

Fig. 7 eine schematische Ansicht des Linsenhalters mit dem darauf angeordneten Probestück bzw. Linsenrohling und einer Vorrichtung zum Prüfen der Planheit der geschliffenen Oberfläche;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der abschließenden Planheitsprüfung des Probestückes;

Fig. 9 einen Schnitt durcheine Schmidt-Korrektur linse, die auf einem erfindungsgemäßen Linsenhalter mit der Hälfte der gewünschten Korrektur versehen ist;

Fig. 10' eine schematische Teilansicht der Korrekturlinse nach Fig.9, die auf einen weiteren Linsenhalter zur vollständigen Korrektur aufgesetzt ist und

Fig. 11 einen. Schnitt durch die fertige Korrektur linse mit der "halben" Korrekturkurve auf jeder Seite.

Gemäß Fig. 1 ist ein Linsenhalter 22 von einem starken Glasblock in gutem Anlaßzustand und von großer Stabilität mit einem größeren Durchmesser als die gewünschte Schmidt-Korrekturlinse oder -platte gebildet. Der Linsenhalter hat auf der zur Halterung eines Probestückes 44 bzw. Linsenrohlings 44» bestimmten Fläche 23 die Negativkontur einer Schmidt-Korrekturlinse. Der Linsenhalter 22 ist

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mit einer Durchgangsbohrung 24 versehen und mittels Klemmschrauben 29 auf einem mit 26 bezeichneten Futter in Form einer Stützplatte festgehalten, die auf der Spindel 28 einer Schleif- und Poliermaschine 30 sitzt. Die Spindel 28 ist hohl und in einer hohlen Welle 32 aufgenommen, auf der ein Treibrad 34 zum Antreiben der Spindelanordnung sitzt. Die Welle 32 ist in Lagern 36 gelagert. Eine rotierende Schlauchkupplung 38 verbindet die Welle 32 und die Spindel 28 über ein Rohr 40 o.dgl=, in das ein Absperrventil 42 eingeschaltet ist, mit einer Unterdruckquelle, z.B. einem Vakuumspeicher.

Ein dünnes Probestück 44 (Fig. 3,4) bzw. ein Linsenrohling 44· aus Glas wird für die Verwendung vorbereitet. Die Oberfläche muß ziemlich gut sein, darf keinen Orangenhaut-Effekt haben, der typisch für schnelles Polieren ist, und muß weitgehend plan in einem Bereich von einem halben Strich (fringe) je Zoll sein. ^Einige schmale Nuten 46 sind in einem Speichenrad-Muster in das Probestück eingearbeitet. Ein Probestück oder ein Linsenrohling für eine 200 mm-f/2 Korrekturlinse kann einen Durchmesser von z.B. 250 mm und eine Umfangsnut, die konzentrisch in dem Probestück vorgesehen ist, einen Durchmesser von 235 mm haben. Die Negai^tvkorrektur der zu schaffenden Korrekturlinsen wird in den Linsenhalter 22 eingeschliffen und poliert. Das dünne Probestück 44 sowie der Linsenhalter 22 werden sorgfältig gereinigt und das Probestück wird auf den Linsenhalter mit den Nuten diesem zugewandt aufgesetzt. Nun wird Vakuum in der Vorrichtung erzeugt. Das dünne Probestück verformt sich gemäß der Kurve auf dem Konturenblock. Jegliche Filme, Staubpartikelchen oder nichtkonforme Flächen werdenäurch Beobachten der Interferenzlinien in der Zwischenfläche des Probestückes und des Linsenhalters festgestellt. Anhand der Interferenzlinien kann man genau die relative Anpassung zwischen dem Linsenhalter und dem Probestück bestimmen. Wenn die beiden Glasoberflächen exakt aufeinanderpassen und in perfekt gereinigtem Zustand miteinander in Berührung gebracht werden, verschwindet jegliche Reflektion an der Zwischenfläche. Die beiden Glasstücke gehen eine quasi-molekulare Verbindung ein und können nur schwierig wieder voneinander

getrennt werden. Die Glasstücke haften so fest aufeinander, daß |

sie als Einheit geschliffen und poliert werden können. Die Glas- |

stücke werden gewöhnlich durch Abkühlen des Linsenhalters in einem H

Kühlschrank getrennt, wobei das Probestück bzw₃ der Linsenrohling , abspringen.

Gemäß Fig. 5 kann das auf den Linsenhalter 22 in der Vorrichtung ί

aufgesetzte Probestück mit einer Wachsdichtung 48 um die Ränder an %

dem Linsenhalter gehalten werden. Vollständige Konformität des |

Stückes mit dem Linsenhalter ist erreicht, wenn sämtliche Reflek- 1

tionen an der Zwischenflache verschwunden sind und ein "inniger ·\

Glas-auf-Glas-Kontakt erreicht ist. I

Die Oberfläche des Probestückes wird dann durch Drehen der Spindelanordnung und Verwenden einer flachen Schleifscheibe, die durch
einen überkragenden Arm der Maschine getrieben wird, plan geschliffen. Die Oberfläche kann darauf nach Wunsch poliert werden. Der
Unterdruck wird abgebaut und das geschliffene Probestück 44 gemäß Fig. 6 von dem Linsenhalter 22 entfernt. Weil das Werkstück % dazu neigt, an dem Linsenhalter zu haften, wenn inniger Glas-auf-Glas-Kontakt hergestellt ist, muß beim Trennen der Glasstücke
Sorgfalt aufgewendet werden. Wenn hierzu beispielsweise über die S Spindel zugeführte Druckluft verwendet würde, könnten sich die % Stücke zu schnell trennen, wenn der Druck langsam angehoben wird. 5 Am besten werden die Stücke dadurch getrennt, daß ein sehr dünnes : Metallteil, wie eine Rasierklinge, an der Trennfuge angesetzt wird, * und daß das Werkstück langsam abgehoben wird. Nach dem Schleifen
und Abheben des Probestückes 44 wie beschrieben hat dieses etwa
eine Oberflächenkontur 50 gemäß Fig. 6.

Das Probestück kann bezüglich eines ersten und eines zweiten Spiegels angeordnet und geprüft werden. Die Bereiche, in denen zu viel
Glas ist, werden markiert, und der Linsenhalter wird durch Schleifen und Polieren oder allein durch Polieren weiterbearbeitet, je
nachdem wie groß die Restfehler bei jeder Prüfung des Probestückes

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sind. Zonen mit zuviel Glas des Probestückes sind Bereiche, in denen entsprechend Einbuchtungen auf dem Linsenhalter vorliegen, da dieser mit der Negativ-Kontur versehen ist. Nachdem der Linsenhalter aufs neue bearbeitet worden ist, wird das Probestück wieder in Kontakt damit gebracht und optisch geprüft und seine Oberseite wieder plan geschliffen und dies wird wiederholt, bis die gewünschte Kurve auf dem Linsenhalter erreicht ist.

Nach Erhalten der endgültigen Kurve entsprechend der gewünschten Genauigkeit wird der Linsenhalter selbst mit Nuten 46 nach dem Speichenrad-Muster gemäß Fig. 4 versehen. Diese Nuten 46 sind bei einem typischen Beispiel 0,254 mm (0,01 Zoll) tief und 0,025 bis 0,50 mm (0,01 bis 0,02 Zoll) breit. In jedem Fall muß die Breite der Nuten im Vergleich zur Dicke der gewünschten herzustellenden Schmidt-Korrekturlinse sehr klein sein. Wäre dies nicht der Fall, so könnte eine Biegeverformung des Glases in die Nuten hinein stattfinden, was die Oberfläche der fertigen Linse zerstören würde. Nuten mit einer Breite von etwa 0,5 mm sind zufriedenstellend, wenn die Dicke der herzustellenden Schmidt-Korrekturlinsen etwa 3 mm oder mehr beträgt.

Nach Fertigstellung des Linsenhalters können aus Linsenrohlingen 44· Korrekturlinsen hoher Qualität mit einer Fertigungsgeschwindigkeit von einer Linse in vier Stunden hergestellt werden. Eine einzige Bedienungsperson kann leicht etwa zwölf Vorrichtungen allein handhaben, nachdem sie einige Übung erlangt hat. Beim Herstellen von Schmidt-Korrekturlinsen wie beschrieben sind die einzig kritischen Arbeitsgänge das Säubern des Linsenrohlings 44' und des Linsenhalters 20, so daß inniger Glas-auf-Glas-Kontakt über die gesamte Oberfläche erreicht werden kann. Die Bedienungsperson muß sehr sauber arbeiten, so daß keine Kratzer auf dem Linsenrohling während des Feinschleifens und -polierens entstehen können. Die Bedienungsperson untersucht die Oberfläche des Linsenrohlings nach jedem feineren Schleifgang mit einem Krümmungsmesser, der bis zu 0,0025 mm (0,0001 Zoll) erfassen kann. Die Basis des Krümmungs-

messers sollte über etwa 2/3 des Linsenrohling-Durchmessers reichen. Dies ist schematisch in Fig. 7 gezeigt. Der Krümmungsmesser wird zuerst auf einer Referenzebene geeicht, worauf die Planabweichung des Linsenrohlings abgelesen wird. Während des Schleifens der Korrekturlinse auf dem Linsenhalter wird der Krümmungsmesser dazu verwendet, die Planheit der Oberseite des Werkstückes zu messen. Das Werkstück ist fertig für das abschließende Polieren, wenn der feinste Schleifgang ausgeführt worden ist und Planheit in einem Bereich von 0,0125 mm (0,0005 Zoll) mit dem Krümmungsmesser ermittelt wird. Während des Polierens wird die Planheit mehrfach geprüft, um sicherzustellen, daß die Oberfläche gleichmäßig eben bleibt.

Abschließende Planheitsprüfungen werden dadurch vorgenommen, daß eine kleine optische Scheibe 54 (Fig. 8) auf die Oberfläche der Korrekturlinse gelegt wird, die in Berührung mit dem Linsenhalter .bleibt. Eine typische Korrekturlinse kann 100 Strich (fringe) asphärisch sein, was bedeutet, daß das Maß der Abweichung von einer vollständig ebenen Oberfläche der fertigen Korrekturlinse 100 Strich oder etwa 0,025 mm (0,001 Zoll) beträgt. Beim Prüfen der endgültigen Planabweichung wird eine zufriedenstellende Korrekturlinsengestalt angezeigt, wenn die obere Fläche nicht mehr als 3 oder 4 % insgesamt abweicht und diese Abweichung eine sanfte Wölbung ist. Gemäß dieser Erläuterung sollte eine 200 mm-Korrekturlinse mit einer lOO-Strich asphärischen Gestalt eine Oberfläche aufweisen, die etwa plus oder minus 1/2-Strich je Zoll plan ist, wobei diese Abweichung konstant über die gesamte Oberfläche sein sollte. Die optische Scheibe 54 wird auf die Oberseite der geschliffenen und polierten Korrekturlinse aufgesetzt, die immer noch in

ρ Berührung mit dem Linsenhalter ist. Interferenzlinien erscheinen

ü. an der Zwischenfläche zwischen der optischen Scheibe 54 und der Korrekturlinsa, wenn beide gut gereinigt sind und etwa gleiche Kon- Ί' tür haben. Gestalt und Anzahl dieser Interferenzlinien zeigen der Bedienungsperson die Gestalt der bearbeiteten Korrekturlinse.

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Im Hinblick auf die optische Leistung muß die Korrekturlinse nur so dick sein, daß sie in dem Gerät, in dem sie verwendet werden soll, ihr Eigengewicht aushält und nicht so zerbrechlich ist, daß sie bei normaler Benutzung des Gerätes zerbrechen kann, unter diesem Gesichtspunkt beträgt die optimale Dicke einer 200 mm-Korrekturlinse etwa zwischen 3,5 bis 5 mm. Es kann wünschenswert sein, eine Korrekturlinse herzustellen, welche eine Krümmung an ihrer Oberfläche aufweist, die größer ist als der zulässigen Verformung des Glases entspricht. Z.B. muß eine 200 mm-f/ljS-Schmidt-Kamera eine Korrekturlinse mit einer Wölbung haben, die stärker ist als die Wölbung eines 3 mm starken Glases betragen darf. In diesem Fall ist ein Teil der Korrektur-Krümmung auf der einen Seite des Linsenrohlings 56 (Fig. 9) angeschliffen, während die restliche Korrektur auf der anderen Seite geschliffen und poliert ist. Zu diesem Zweck kann eine Linsenhalter 22 verwendet werden, der so gestaltet ist, daß mit ihm eine 200 mm-f/2-Korrekturlinse hergestellt werden kann. Der auf der einen Seite bearbeitete Linsenrohling 56 wird nun umgekehrt (Fig. 10) in Kontakt mit einem weiteren Linsenhalter 57 gebracht, der zum Herstellen einer 200 mm-f/1,5 Korrekturlinse konturiert ist. Nach Anordnen des bereits auf der einen Seite mit der "halben" Kontur versehenen Linsenrohlings 56 auf dem Linsenhalter 57 für 200 mm-f/1,5-Korrektürlinsen wird die abgewandte, freie Oberfläche des Stückes 56 wiederum plan gearbeitet. Die sich ergebende Korrekturlinse 58 ist in Fig. 11 dargestellt.

Die maximale Abweichung, die dann mit der Schmidt-Korrekturlinse bewerkstelligt werden kann, ist durch beide auf den entgegengesetzten Seiten der Korrekturlinse geschaffenen Kurven mit jeweils halber Erhöhung bzw. Krümmung gegeben.

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Claims

8000 MXindhert JBU ) MHtjfdqr/str^iBe ;25; *,t'l· Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang Telefon (0B9) 496872, Telex 5215835 Telegramme patemue manchen CELESTRON PACIFIC INC. e 74 29 536.6 G 095 01

1.8.1978 . ..
Ansprüche

1. Linsenhalter zur Halterung eines Linsen roh lings an einer AAaschine zum Schleifen asphärischer Linsen, wobei der Linsenhairer eine der Form der zu schleifenden
Linse komplementär geformte Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenhalter (22) einstückig ausgebildet ist, daß der Linsenhalter

(22) mindestens eine in seine dem Linsenrohling (44) zugewandte Oberfläche

(23) mUndende Bohrung (24) aufweist, die mit einer Unterdruckquelle verbunden ist, und daß der Linsenhalter (22) in seiner dem Linsenrohling (44) zugewandten Oberfläche (23) mit der Bohrung (24) verbundene Kanäle (46) aufweist.

2. Linsenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Bohrung (24) und der Unterdruckquelle von einem den Linsenhalter (22) aufnehmenden Futter (26,29), einer das Futter (26,29) tragenden Hohlspindel (32) und einer auf der Hohlspindel (32) gelagerten Schlauchkupplung (38) gebildet ist.

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