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Verfahren zum Herstellen einer Linse, eines Prismas od. dgl. aus einem
in Lösung gelatinierbaren Werkstoff
Optische Elemente, wie Linsen, werden bisher
praktisch immer aus Glas oder aus Quarz angefertigt. Es muß dazu eine Platte in
die gewünschte Form geschliffen werden, was besonders bei nicht flachen oder sphärischen
Oberflächen sehr kostspielig ist. Auch wurde schon vorgeschlagen, solche Elemente
aus Preßmaterialien anzufertigen, wozu aber eine sehr genau abgearbeitete Matrize
zur Verfügung stehen muß, in der alle auf der anzufertigenden Linsenoberfläche vorhandenen
Profiländerungen vollkommen genau in den vorgeschriebenen Maßen vorhanden sein müssen.
Zu einer Anwendung dieser Art von Linsen, wenigstens in größerem Maßstab, wurde
noch nicht übergegangen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer
Linse, eines Prismas od. dgl., vorzugsweise mit asphärischer Oberfläche, aus einem
in Lösung gelatinierbaren Werkstoff durch Ausgießen auf einen starren Träger nebst
nachfolgendem Trocknen, und zwar wird gemäß der Erfindung eine Lösung des in Lösung
gelatinierbaren Werkstoffes in eine das Profil der herzustellenden Optik in einem
um das Schwundmaß vergrößerten Maßstab aufweisende, oberhalb des Trägers angeordnete
kühlbare Lehre so eingegossen, daß sie den ganzen Raum zwischen Träger und Lehre
ausfüllt, die Lösung darauf gekühlt wird, so daß sie ausgelatiniert, auf dem Träger
trocknet und in Richtung der optischen Achse bis auf das vorher
bestimmte
Maß schwindet, worauf die so erhaltene Optik gegebenenfalls noch gehärtet wird.
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Im Rahmen der Erfindung sind unter gelatinierbare Materialien diejenigen
Werkstoffe zu verstehen, die in Lösung kolloidal - verteilt und aus dieser kolloidalen
Lösung zu einem Gel ausgeschieden werden können. Dieses Gel kann dann gegebenenfalls
eintrocknen. Unter einem Gel wird ein festes Material verstanden, gdas,Starrheit
verbunden mit Elastizität besitzt.
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Für diesen Zweck geeignete Materialien, die in Lösung gelatinierbar
sind, können organische Bestandteile, wie Gelatine, Agar oder Pektin, enthalten.
Auch ist es möglich, daß diese Materialien anorganische Komponenten enthalten, wie
Silikate oder Aluminiumoxyd, gegebenenfalls zusammen mit Glyzerin, zwecks Förderung
der optischen Homogenität des betreffenden optischen Elementes.
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Abhängig vom Material wird das Lösungsmittel gewählt zwecks Erhaltung
einer gelatinierbaren Lösung. Für Gelatine kann z. B. Wasser als Lösungsmittel gewählt
werden.
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Wie schon bemerkt, kann das sich aus der Lösung bildende Gel eintrocknen.
Bei diesem Eintrocknen tritt ein Schwund des Materials auf.
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Letztere Erscheinung wird beim Verfahren nach der Erfindung ausgenutzt.
Der Erfinder hat nämlich festgestellt, daß abhängig von der Konzentration des gelatinierbaren
Materials im Lösungsmittel vorher genau festgestellt werden kann, wieviel der Schwund
in einem bestimmten Fall betragen wird. Dieser Schwund kann sich zwischen Faktoren
von der Größenordnung 3 und der Größenordnung 50 bewegen. Der Schwundfaktor kann
vorteilhaft in der Größenordnung 8 gewählt werden. Infolge dieses Schwundes kann
die zur Anfertigung des betreffenden optischen Elementes verwendete - Matrize Maße
aufweisen, die viel größer als die Abmessungen des endgültig anzufertigenden Elementes
sind. Es ist einleuchtend, daß dies einen großen Vorteil darstellt.
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Kommen z. B. in einem bestimmten -Element Stärkeunterschiede von z.
B. 0,3 mm vor, so weist die Matrize oder Lehre, in der das Element angefertigt werden
soll, falls mit beispielsweise einem achtfachen Schwund gerechnet wird, an den Stellen
wie diese sStärkeunterschiede im optischen Element auftreten, einen Niveauunterschied
von 2,4 mm auf. Die Matrize, die also das anzufertigende Profil in stark vergrößertem
Maßstab aufweist, kann mechanisch mit größerer Genauigkeit angefertigt werden und
für das Herstellen einer theoretisch unbeschränkten Anzahl optischer Elemente dienen.
Falls es aus irgendeinem Grunde unerwünscht ist, daß Schwund in einer bestimmten
Richtung auftritt, z. B. in der Richtung senkrecht zur optischen Achse, so kann
man die Lehre mit z. B. einer Metallplatte als Unterlage, auf der das gelatinierbare
Material etwas haftet, zusammenarbeiten lassen. Nach dem Eintrocknen weist das gelatinierte
Material in der Richtung, in der das Auftreten des Schwund auf diese Weise verhindert
ist, die Maße auf, die das Material vor dem Gelatinieren und Eintrocknen in dieser
Richtung hat.
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Vorzugsweise wird das aus der Lehre erhaltene Element während oder
nach dem Eintrocknen gehärtet, was zur Folge hat, daß das betreffende Element nicht
mehr in einem Lösungsmittel lösbar ist.
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Besonders günstige Vorteile weist eine Ausführungsform des gemäß
dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Elementes auf, bei dem eine oder
beide Brechungsoberflächen eine asphärische, gegebenenfalls rotationssymmetrische
Gestalt haben. Solche Oberflächen lassen sich in Glas schwer maschinell anfertigen,
so daß die Fabrikation der auf diese Weise gebildeten Glaslinsen außerordentlich
kostspielig ist. Eine andere Ausführungsform, bei dem die auftretenden IStärkeunterschiede
im Element höchstens von der Größenordnung von 2 mm sind, hat weiter noch den Vorteil,
daß infolge der kleinen Stärkeunterschiede das Material sehr homogen ist.
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Der Erfinder hat festgestellt, daß gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
hergestelle optische Elemente sich besonders gut eignen als Korrektionselemente
für die auftretende sphärische Aberration in einem optischen System, insbesondere
im optischen !System nach Schmidt, wie beschrieben in der »Zentralze!itung für Mechanik
und Optik«, 52. Jg., Zig32, Heft 2, bei welcher Ausführung das erfindungsgemäß hergestellte
Element eine asphärisch brechende Oberfläche aufweist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Durchschnitt der optischen Achse einer Ausführungsform
des erfindungsgemäß hergestellten optischen Elementes in Form einer Linse. Aus der
Figur geht hervor, daß das Profil der Linse von der sphärischen Gestalt abweicht;
zwischen dem hochliegenden zentralen Teil und dem hochliegenden Rand befindet sich
eine ringförmige versenkte Zone. Das dargestellte Element ist zur Anwendung in einem
optischen.System bestimmt, um dort die sphärische Aberration zu korrigieren.
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Fig. 2 zeigt die Vorrichtung, in der das Element nach Fig. I angefertigt
werden kann. Eine flache Metallplatte2, deren Oberfläche genau horizontal aufgestellt
ist, verhindert den Schwund des Elementes während der Eintrocknung in der Richtung
senkrecht zur optischen Achse. Oberhalb dieser Platte befindet sich im richtigen
Abstand eine hohl ausgeführte Metallehre 3. Das Innere der Lehre ist mit zwei Leitungen
4 und 5 versehen, die für die Zu- und Abfuhr von Wasser dienen, mit dem die Lehre
auf eine bestimmte Temperatur gehalten werden kann. In der Mitte der Lehre 3 ist
ein Rohr 6 befestigt, das einen Teil eines Kanals bildet, der die Lehre von ihrer
Ober- nach ihrer Unterseite durchläuft. Durch diesen Kanal wird der Lehre das Material
zugeführt, aus dem das optische Element angefertigt wird. Dies ist z. B. heißes
Wasser, indem Gelatine in einer bestimmten Konzentration gelöst ist. Die Lehre 3
und die Metallplatte 2 werden nun auf eine solche Tempe-
ratur gehalten,
daß die Gelatine noch gerade in Lösung bleibt. Hierdurch bildet sich zwischen der
Lehre 3 und der Metallplatte 2 eine Masse 7 aus gelöster Gelatine. Durch allmähliche
Erniedrigung der Temperatur der Lehre und der Metallplatte gelatiniert die Lösung
7, und es bildet sich also ein Gel, das Starrheit verbunden mit einer gewissen Elastizität
besitzt. Die Lehre 3 kann nun entfernt werden, und auf der Metallplatte 2 bleibt
die gelatinierte Masse 7 übrig, deren Oberfläche in Fig. 3 mit 8 gestrichelt angegeben
ist. Wird nun diese Masse getrocknet, so schwindet die gelati nierte Masse 7 zu
reiner Gelatine 9, welche letztere Oberfläche die gewünschte Form hat. Diese Gelatineschicht
kann dann vor der Metallplatte entfernt werden und ist gebrauchsfähig, nachdem der
äußerste, außerhalb der Linien A-4 und B-B liegende Rand entfernt ist. Gegebenenfalls
kann das Element z. B. durch Behandlung mit Formal in gehärtet werden.
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Besonders mit Rücksicht auf Schrumpfspannungen empfiehlt es sich,
das Element möglichst dünn und mit möglichst gleichmäßiger Stärke anzufertigen.
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Auch kann zwecks Erhaltung einer gleichmäßigen Stärke der brechenden
Oberfläche des Elementes eine solche Form gegeben werden, daß es außer den für die
Korrektion dienenden Parabeln der vierten, sechsten und achten, gegebenenfalls höheren
Potenz eine Parabel der zweiten Potenz enthält. Dies hat zur Folge, daß die Brennweite
des optischen Systems, in dem das Element verwendet wird, sich etwas ändert. Gleichzeitig
wird aber erreicht, daß die Stärke des Elementes gleichmäßiger ist und in einigen
Fällen die noch resultierenden Aberrationen außerhalb der Achse geringer werden.
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In der an Hand der Figur gegebenen Beschreibung ist beispielsweise
das Herstellen eines optischen Elementes, das als Korrektionselement dienen soll,
beschrieben; auf gleiche Weise kann aber überhaupt jedes gewünschte Linsenprofil,
also namentlich auch das sphärische Profil, erhalten werden.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zum Herstellen einer Linse, eines Prismas
od. dgl., vorzugsweise mit asphärischer Oberfläche, aus einem in Lösung gelatinierbaren
Werkstoff durch Ausgießen auf einen starren Träger nebst nachfolgendem Trocknen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung des in Lösung gelatinierbaren Werkstoffes
in eine das Profil der herzustellenden Optik in einem um das Schwundmaß vergrößertem
Maßstabe aufweisende, oberhalb des Trägers angeordnete kühlbare Lehre so eingegossen
wird, daß sie den ganzen Raum zwischen Träger und Lehre ausfüllt, die Lösung darauf
gekühlt wird, so daß sie ausgelatiniert, auf dem Träger trocknet und in Richtung
der optischen Achse bis auf das vorherbestimmte Maß schwindet, worauf die so erhaltene
Optik gegebenenfalls noch gehärtet wird.