WO2003091784A1 - Verfahren zur herstellung einer keilfreien klebefuge - Google Patents

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WO2003091784A1
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Jochen Kuntner
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    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
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    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers

Definitions

  • the invention relates to a method according to claim 1 for producing an optical component with a wedge-free lifeline.
  • Optical components with a parallel adhesive joint are often required, for example, in the field of imaging optics.
  • very narrowly specified individual components are used with regard to angular tolerances, the optical and mechanical connection of which must meet high requirements with regard to alignment and orientation.
  • undefined adhesive wedges should be avoided. Mapping is often carried out through the connected surfaces.
  • the interconnected surfaces can therefore be designed as uncoated transmitting interfaces.
  • these surfaces to be connected can also be coated and thus formed as interfaces with an optical function. In this way, polarization beam splitters or color splitters can be implemented. Specifically, the use of such components is widespread, among other things, in projectors and microscopes.
  • DE 4414915 AI discloses an alternative procedure for structured surfaces.
  • the surfaces to be glued are first placed on top of each other.
  • the viscous adhesive is then fed in over the edges of the surfaces to be glued.
  • channels are provided in at least one of the surfaces. Due to the capillary forces, the adhesive is pulled inside and spread over the surfaces to be glued.
  • This procedure avoids the disadvantageous circling to dislodge any air pockets. Since the two surfaces are aligned parallel to each other from the start, no further correction steps are required. In particular, this process can be easily automated, which enables economical mass production.
  • a major limitation for the applicability of such an adhesive process is, however, the fact that at least one of the surfaces to be bonded must be a structured surface, since two flat surfaces lie too close to one another and make it impossible for the adhesive to penetrate using capillary forces.
  • the bonding of the flat surfaces comprises a process step in which the adhesive is applied to a surface in the form of a simply connected volume in the middle and preferably in one uninterrupted work step.
  • the procedure according to the invention also comprises, after the second surface has largely approached the first surface, a phase of attraction in which essentially gravity and capillary force ensure the approximation.
  • the continuous application of the adhesive prevents air pockets from forming in the adhesive volume itself. To that by demanding 'the adhesive volume simply connected his example rings are excluded concluded, which would in turn promote the formation of air bubbles. If it is now ensured that when the second surface is approached to a large extent parallel to the first and both surfaces are already in contact with the adhesive, the adhesive will change in the phase of attraction due to the capillary forces and possibly with the help of gravity spread the entire surface to the edge.
  • the adhesive is applied in the middle, ie it is applied in such a way that each point on the edge of the surfaces is at least approximately the same distance from the edge of the adhesive volume. As a result, the parallelism of the surfaces is maintained because the edge of the adhesive volume strives evenly towards the edge of the surfaces to be glued.
  • Fig.l an optical component with a wedge-free adhesive joint in cross section
  • Fig.2a a conical component with adhesive applied to the circular flat surface in cross section.
  • 2a shows a plan view of the conical component with the adhesive applied according to FIG. 2a.
  • 2b shows a cross section of a prism with adhesive applied according to the invention on the square hypothenus surface.
  • 2b shows a top view of the prism with the adhesive according to the invention applied to the square hypotenuse surface according to FIG. 2b.
  • 2c shows a prism with adhesive applied according to the invention on the rectangular hypotenuse surface.
  • Fig. 2 ⁇ is a top view of the prism with the adhesive applied according to the invention on the rectangular hypotenuse surface according to Fig. 2c.
  • the coated hypotenuse surface is aligned very precisely to the uncoated hypotenuse surface by placing the second prism 21 on the first prism 19, 3a and 3b, ii) The second prism 21 is now gripped by means of a gripper 15 and raised vertically from the first prism 19 in a first movement section to a first lifting position, the orientation of the second prism 21 being maintained , as shown in Figure 3c. iii) The second prism 21 is then transferred to a first position in a second movement section, the starting position is for the approach of the second prism to the first prism provided after the adhesive 11 has been applied, as shown in FIG. 3d.
  • a component holder 17 can be used to position the first prism 19.
  • the adhesive 11 is applied to the center of the first prism 19. This is shown in Figure 3e.
  • the shape of the applied adhesive has when influencing the distribution behavior. If, as in the example, rectangular surfaces are to be glued, it is advantageous to draw a line parallel to the longer side of the rectangle. If this line were to run across the entire surface, it would have to be homogeneous in its thickness in order to ensure uniform spreading. Experiments have shown that it is advantageous to end the line at a distance from the shorter side of the rectangle which corresponds approximately to a quarter of the length of the shorter side of the rectangle. It is also advantageous to apply a little more adhesive at the ends of the line. This creates a dumbbell-shaped one
  • the total amount of adhesive applied ultimately determines the thickness of the adhesive joint. If, for example, the surfaces to be bonded are to have a content of 10 cm 2 each and the adhesive joint is to be 10 ⁇ m thick at the end, an adhesive volume of 10 mm 3 is required. If the amount of adhesive applied is too small, there is a risk that the capillary forces will not be sufficient to completely wet the surfaces. Too much glue applied can mean that glue comes over the edge of the surfaces to be glued. Experience shows that quantities of adhesive that lead to a thickness of the adhesive joint of 1 ⁇ m to 50 ⁇ are suitable. Of course, this depends very much on the properties of the adhesive used. After the adhesive has been applied, the second prism 21 is approximated from the first position to the first prism 19. This happens in three phases: the phase of comparison, the intermediate phase and the phase of attraction.
  • the hypotenuse surface of the second prism 21 is brought from the first position into a first intermediate position, in which the hypotenuse surface of the second prism 21 is positioned such that the two hypotenuse surfaces are aligned parallel and laterally at a first distance face each other in an approximately aligned manner.
  • the hypotenuse surface of the second prism 21 has no contact with the adhesive in the first intermediate position. Therefore, the approximation can take place very quickly in the phase of comparison. Since the following phases of the approximation have to take place much more slowly, it is advantageous to choose the first distance smaller than 1mm.
  • the height of the applied adhesive rarely exceeds 0.3 mm. A first distance corresponding to 0.5 mm is therefore preferably selected. This rapid approximation to this small distance is possible in particular because the two hypothenus surfaces were aligned very precisely parallel to one another in the preparation step.
  • the distances can change if the adhesive is additionally attracted to the second prism 21 by, for example, electrostatic forces, but the basic principle remains the same.
  • the surface of the second prism 21 is transferred from the first intermediate position to a second intermediate position at a second distance from the surface of the first prism 19. This is shown in Figures 3f to 3h.
  • the hypotenuse surface of the second prism 19 is already partial wetted with adhesive, ie during the transition from the first intermediate position to the second intermediate position, the hypotenuse surface of the second prism 21 is contacted by the adhesive. If this contacting, shown in FIG. 3g, takes place too quickly, air bubbles often form in the adhesive which can no longer be removed.
  • the intermediate phase is therefore preferably driven with a speed profile.
  • the average speed is throttled to values less than or equal to 0.04 mm / s, preferably 0.025 mm / s.
  • the second intermediate position is typically chosen such that in this position the surfaces to be glued are 70% wetted with adhesive, as shown in FIG.
  • FIG. 3h In the now following phase of attraction, the gripper 15 is opened and removed, as FIG. 3h also shows. Due to the now acting capillary forces and possibly gravity, the adhesive is now spread over the entire area of the surfaces to be bonded. Due to the initial geometry of the applied adhesive, the spreading takes place evenly on all sides. The parallelism of the hypotenuse surfaces is therefore very well preserved, while the second prism 21 is lowered onto the first prism 19. This spreading process stops as soon as the adhesive has reached the prism edge. In a last step, the adhesive 11 must now be cured. For optical applications, especially if Optical glue is used to transmit light through the bonded surfaces. There are two-component adhesives that are self-curing over time. However, if the components to be glued are made of a material that is at least partially transparent to UV light, the use of a UV-curing adhesive is advantageous.
  • a hypotenuse surface is coated with a polarization-dividing layer system.
  • any optically functional layer system consisting of at least one layer can be applied.
  • color filters or diffraction structures or a combination of these elements can also be applied.
  • both surfaces to be glued can carry an optically functional layer, the behavior of which after gluing add up to an optical sum function.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum keilfreien Verkleben planer Flächen umfasst im Kern eine abschließende Phase der Annäherung der zu verklebenden Flächen. Während dieser Phase findet die Annäherung im wesentlichen aufgrund der Kapillarkräfte und gegebenenfalls noch mit Hilfe der Schwerkraft statt. Vorteilhaft ist ein dem eigentlichen Klebprozess vorgelagertes paralleles Ausrichten der zu verklebenden Flächen durch einfaches Absetzten der einen Komponente auf der anderen. Dadurch wird ermöglicht, dass, nachdem auf eine Fläche Klebstoff (11) mittig aufgebracht wurde die zweite Fläche in der Anfangsphase schnell bis auf 0.5 mm an die erste Fläche herangefahren wird. In der intermediären Phase der Annäherung ist eine langsame mittlere Geschwindigkeit zu wählen, um die Blasenbildung im Moment der Kontaktaufnahme des Klebstoffs mit der zweiten Fläche zu vermeiden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer keilfreien Klebefuge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines optischen Bauteils mit keilfreier lebe- fuge .
Optische Bauteile mit paralleler Klebefuge werden vielfach beispielsweise im Bereich der abbildenden Optik benötigt. Um eine möglichst fehlerfreie Abbildung zu gewährleisten werden hinsichtlich Winkeltoleranzen sehr eng spezifizierte Einzelkomponenten eingesetzt, deren optische und mechanische Verbindung hohen Anforderungen im Hinblick auf Ausrichtung und Orientierung erfüllen müssen. Insbesondere sind beim Verkleben von planen Oberflächen zweier transpa- renter Komponenten durch die hindurch die optische Abbildung erfolgen soll Undefinierte Klebekeile zu vermeiden. Oftmals erfolgt die Abbildung durch die verbundenen Oberflächen hindurch. Die miteinander verbundenen Oberflächen können daher als unbeschichtete transmittierende Grenzflä- chen ausgebildet sein. Insbesondere für Strahlteiler lassen sich diese zu verbindenden Oberflächen aber auch beschichten und damit als Grenzflächen mit optischer Funktion ausbilden. Auf diese Weise sind Polarisationsstrahlteiler oder Farbteiler realisierbar. Konkret ist die Anwendung solcher Komponenten unter anderem in Projektoren und Mikroskopen weit verbreitet.
Wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist werden solche Komponenten heute üblicherweise manuell miteinander verklebt. Dabei wird zunächst Klebstoff auf eine der zu verklebenden Flächen an einer oder an mehreren Stellen aufgetragen. Anschließend werden die Flächen zusammengeführt. Hierbei bilden sich in aller Regel Lufteinschlüsse die durch kreisendes Verschieben der Flächen relativ zueinander an den Rand gedrängt werden und schließlich austreten. Dabei ist kaum zu vermeiden, dass Klebstoff über den Rand der zu verklebenden Flächen tritt. Oftmals sind mehrere Korrekturschritte notwendig, um die für die entsprechende optische Anwendung notwendige Präzision zu erreichen. Vor und auch während dem Aushärten des Klebstoffs wird hierzu op- tisch oder mechanisch getestet, ob ein nicht zulässiger Keil in der Klebefuge vorliegt. Der ganze manuelle Prozess erfordert Geschick und Erfahrung und kann nur durch ausgebildete Fachkräfte durchgeführt werden. Dies macht den Her- stellungsprozess teuer und insbesondere für die Massenpro- duktion unwirtschaftlich und damit ungeeignet.
In der DE 4414915 AI wird für strukturierte Oberflächen eine alternative Vorgehensweise offenbart. Demzufolge werden die zu verklebenden Oberflächen zunächst aufeinander ge- legt. Dadurch sind die Flächen sehr gut parallel zueinander ausgerichtet. Anschließend wird über die Berandung der zu verklebenden Flächen der viskose Klebstoff zugeführt. In mindestens einer der Oberflächen sind hierzu Kanäle vorgesehen. Aufgrund der Kapillarkräfte wird der Klebstoff ins Innere gezogen und verteilt sich über die zu verklebenden Flächen. Durch diese Vorgehensweise wird das nachteilige Kreisen zur Verdrängung von etwaigen Lufteinschlüssen vermieden. Da die beiden Flächen von Anfang an parallel zueinander ausgerichtet sind bedarf es auch keiner weiterer Kor- rekturschritte. Insbesondere kann dieser Prozess einfach automatisiert werden, wodurch eine wirtschaftliche Massenproduktion möglich wird. Eine große Einschränkung für die Anwendbarkeit eines solchen Klebeprozesses ist allerdings die Tatsache dass es sich bei mindestens einer der zu ver- klebenden Flächen um eine strukturierte Oberfläche handeln muss, da zwei plane Oberflächen zu dicht aufeinander liegen und ein Eindringen des Klebstoffs mittels Kapillarkräfte unmöglich machen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Es ist insbesondere die Aufgabe, ein automatisiertes Verfahren zum Verkleben zweier planer Flächen anzugeben, mit dem es nicht notwendig ist, die Flächen kreisend gegeneinander zu verschieben und mit dem auch keine Korrekturschritte zur Einstellung der ge- wünschten Parallelität der zu verklebenden Flächen notwendig sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch Vorgehen nach dem Anspruch 1. Die Unteransprüche beziehen sich auf weite- re vorteilhafte Ausgestaltungen.
Das Verkleben der planen Flächen umfasst bei erfindungsgemäßem Vorgehen einen Prozessschritt, bei dem auf eine Fläche der Klebstoff in Form eines einfach zusammenhängenden Volumens mittig und vorzugsweise in einem nicht unterbrochenen Arbeitsschritt aufgebracht wird. Das erfindungsgemäße Vorgehen umfasst außerdem nach weitgehender Annäherung der zweiten Fläche an die erste Fläche eine Phase der Anziehung in der im wesentlichen die Schwerkraft und die Ka- pillarkraft für die Annäherung sorgen.
Durch das kontinuierliche Aufbringen des Klebstoffs wird vermieden, dass sich im Klebstoffvolumen selbst Lufteinschlüsse bilden. Mit der Forderung,' dass das Klebevolumen einfach zusammenhängend sein soll werden z.B. Ringe ausge- schlössen, die wiederum der Bildung von Luftblasen förderlich wären. Wird nun dafür gesorgt, dass bei der weitgehenden Annäherung der zweiten Fläche diese parallel zur ersten ausgerichtet ist und bereits beide Flächen mit dem Klebstoff in Kontakt sind, so wird sich in der Phase der Anziehung aufgrund der Kapillarkräfte und eventuell mit Unterstützung der Schwerkraft der Klebstoff über die gesamte Fläche bis zum Rand ausbreiten. Der Klebstoff wird mittig aufgebracht, d.h. er wird so aufgebracht, dass jeder Punkt am Rand der Flächen zumindest angenähert den gleichen Ab- stand zum Rand des Klebstoffvolumens hat. Das hat zur Folge, dass die Parallelität der Flächen erhalten bleibt, da der Rand des Klebstoffvolumens gleichmäßig in Richtung Rand der zu verklebenden Flächen strebt.
Falls die Schwerkraft einen großen Einfluss auf die Annäherung hat, und der Schwerpunkt des sich absenkenden Körpers sich nicht zumindest angenähert über dem ursprünglichen Klebevolumen befindet, kann dies durch ein am sich absenkenden Körper befestigtes Ausgleichsgewicht korrigiert werden.
Die Erfindung wird anschließend beispielsweise und anhand von schematischen Figuren und Beispielen erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig.l ein optisches Bauteil mit einer keilfreien Klebefuge im Querschnitt Fig.2a eine kegelförmige Komponente mit auf der kreisrunden planen Fläche aufgebrachtem Klebstoff im Querschnitt . Fig.2α eine Draufsicht der kegelförmigen Komponente mit aufgebrachten Klebstoff gemäß Fig.2a. Fig.2b ein Prisma mit auf der quadratischen Hypothenu- senfläche erfindungsgemäß aufgebrachtem Klebstoff im Querschnitt. Fig.2ß eine Draufsicht des Prismas mit auf der quadratischen Hypothenusenflache erfindungsgemäß aufgebrachtem Klebstoff gemäß Fig.2b. Fig.2c ein Prisma mit auf der rechteckigen Hypothenusenflache erfindungsgemäß aufgebrachtem Klebstoff. Fig.2χ eine Draufsicht des Prismas mit auf der rechteckigen Hypothenusenflache erfindungsgemäß aufgebrachtem Klebstoff gemäß Fig.2c. Fig.3 Schematisch skizzierter Ablauf der erfindungsgemä- ßen Vorgehensweise zum Verkleben zweier planer Flä- chen. Weitergehende Erklärungen befinden sich in der Beschreibung. Im Beispiel soll die Verklebung zweier Glasprismen, das heißt ein erstes Prisma 19 und ein zweites Prisma 21, wobei die Grundflächen der Prismen im Beispiel rechtwinklige Dreiecke bilden deren Katheten gleich lang sind wie die Prismen hoch, so dass beim Verkleben der Hypothenusenflachen ein Würfel entsteht. Ist eine der Hypothenusenflachen mit einem polarisationsteilenden Schichtsystem beschichtet, so entsteht ein Polarisationsstrahlteiler. Vorbereitend zur parallelen Ausrichtung der zu verklebenden Flächen werden nun folgende Schritte ausgeführt, die in den Figuren 3a bis 3d dargestellt sind: i) Die beschichtete Hypothenusenflache wird sehr genau zur unbeschichteten Hypothenusenflache ausgerichtet, indem das zweite Prisma 21 auf das erste Prisma 19 abgesetzt wird, wie in der Figur 3a und 3b dargestellt, ii) Das zweite Prisma 21 wird nun mittels eines Greifers 15 gegriffen und senkrecht vom ersten Prisma 19 in einem ersten Bewegungsabschnitt bis zu einer ersten Ab- hebeposition abgehoben, wobei die Orientierung des zweiten Prismas 21 beibehalten wird, wie gezeigt in der Figur 3c. iii) Anschließend wird das zweite Prisma 21 in einem zweiten Bewegungsabschnitt zu einer ersten Position über- führt, die Startposition ist für die nach Aufbringen des Klebstoffs 11 vorgesehene Annäherung des zweiten Prismas an das erste Prisma, wie dargestellt in der Figur 3d.
Dabei ist klar dass zur Positionierung des ersten Prismas 19 zum Beispiel ein Komponentenhalter 17 verwendet werden kann.
Im nächsten Schritt wird nun auf das erste Prisma 19 der Klebstoff 11 mittig aufgetragen. Dies ist in der Figur 3e dargestellt. Die Form des aufgebrachten Klebstoffs hat da- bei Einfluss auf das Verteilungsverhalten. Sollen, wie im Beispiel rechteckige Flächen verklebt werden, so ist es vorteilhaft, eine Linie parallel zur längeren Seite des Rechtecks aufzutragen. Würde diese Linie quer über die ge- sa te Fläche verlaufen, so üsste sie in ihrer Dicke homogen sein, um ein gleichmäßiges Ausbreiten zu gewährleisten. Versuche haben ergeben, dass es vorteilhaft ist die Linie jeweils in einem Abstand von der kürzeren Seite des Rechtecks enden zu lassen, der ungefähr einem Viertel der Länge der kürzeren Seite des Rechtecks entspricht. Ausserdem ist es von Vorteil, an den Enden der Linie jeweils etwas mehr Klebstoff aufzutragen. Dadurch entsteht eine hanteiförmige
Geometrie wie in den Figuren 2c und 2χ dargestellt. Sollen kreisrunde Flächen verkittet werden, so genügt ein rotati- onssymmetrischer Tropfen im Mittelpunkt des Kreises, wie in den Figuren 2a und 2 dargestellt. Liegen quadratische Grundflächen vor, so ist eine Klebstoffgeometrie ratsam die vier miteinander verschmolzenen Volumina entspricht wie in den Figuren 2b und 2ß dargestellt. Die Form entspricht hier vier überlappenden, in einem Quadrat angeordneten Tropfen, die alle die Mitte der zu verklebenden Fläche bedecken.
Die Gesamtmenge des aufgebrachten Klebstoffes bestimmt letztlich die Dicke der Klebefuge. Wenn die zu verklebenden Flächen beispielsweise einen Inhalt von je 10 cm2 und die Klebefuge am Ende 10 μm dick sein soll, so wird ein Klebstoffvolumen von 10 mm3 benötigt. Bei einer zu gering aufgetragenen Klebstoffmenge ist allerdings die Gefahr gegeben, dass die Kapillarkräfte nicht ausreichen um die Flä- chen vollständig zu benetzen. Zu viel aufgetragener Klebstoff kann bedeuten, dass Klebstoff über den Rand der zu verklebenden Flächen tritt. Die Erfahrung zeigt, dass Klebstoffmengen, die zu einer Dicke der Klebefuge von 1 μm bis 50 μ führen, geeignet sind. Dies hängt natürlich stark von den Eigenschaften des verwendeten Klebstoffs ab. Nach Aufbringen des Klebstoffs wird das zweite Prisma 21 von der ersten Position aus an das erste Prisma 19 angenähert. Dies geschieht in drei Phasen: Die Phase der Gegen- überstellung, die intermediäre Phase und die Phase der Anziehung.
In der Phase der Gegenüberstellung wird die Hypothenu- senfläche des zweiten Prismas 21 von der ersten Position aus in eine erste Zwischenposition gebracht, in der die Hypothenusenflache des zweiten Prismas 21 derart positioniert ist, dass sich die beiden Hypothenusenflachen in einem ersten Abstand parallel ausgerichtet und lateral angenähert ausgerichtet gegenüberstehen. Die Hypothenusenflache des zweiten Prismas 21 hat in der ersten Zwischenposition noch keinen Kontakt mit dem Klebstoff. Daher kann die Annäherung in der Phase der Gegenüberstellung sehr schnell erfolgen. Da die folgenden Phasen der Annäherung viel langsamer erfolgen müssen, ist es von Vorteil den ersten Abstand kleiner als 1mm zu wählen. Die Höhe des aufgetragenen Kleb- Stoffes übersteigt selten 0.3 mm. Vorzugsweise wird daher ein erster Abstand gewählt der 0.5 mm entspricht. Diese schnelle Annäherung auf diesen kleinen Abstand ist insbesondere deswegen möglich, weil im Vorbereitungsschritt die beiden Hypothenusenflachen sehr genau zueinander parallel ausgerichtet wurden.
Die Abstände können sich ändern, wenn der Klebstoff durch zum Beispiel elektrostatische Kräfte zusätzlich vom zweiten Prisma 21 angezogen wird, das Grundprinzip bleibt jedoch dasselbe. In der intermediären Phase der Annäherung wird die Hypothe- nusenfläche des zweiten Prismas 21 von der ersten Zwischenposition ausgehend in eine zweite Zwischenposition mit einem zweiten Abstand von der Hypothenusenflache des ersten Prismas 19 überführt. Dies ist in den Figuren 3f bis 3h dargestellt. In dieser zweiten Zwischenposition ist die Hypothenusenflache des zweiten Prismas 19 bereits teilweise mit Klebstoff benetzt, d.h. beim Übergang von der ersten Zwischenposition in die zweite Zwischenposition wird die Hypothenusenflache des zweiten Prismas 21 vom Klebstoff kontaktiert. Findet diese Kontaktaufnahme, dargestellt in der Figur 3g, zu schnell statt, so bilden sich häufig Luftblasen im Klebstoff, die nicht mehr herauszulösen sind. Dies kann verhindert werden, wenn die mittlere Geschwindigkeit der Annäherung in der intermediären Phase langsam genug gewählt wird, wenn diese also kleiner als z. B. 0.1 mm/s beträgt. Je langsamer diese mittlere Geschwindigkeit ist, umso länger dauert der Prozess. Mittlere Geschwindigkeiten in der intermediären Phase die unterhalb 0.001 mm/s liegen sind daher unwirtschaftlich. Vorzugsweise wird die intermediäre Phase daher mit einem Geschwindigkeitsprofil gefahren. Dabei wird, sobald der freie Spalt zwischen den Begrenzungsflächen des Klebstoffs 11 und der Hypothenusenflache des zweiten Prismas 21 0.01 mm beträgt, die mittlere Geschwindigkeit auf Werte kleiner oder gleich 0.04 mm/s, vorzugsweise 0.025 mm/s gedrosselt. Die zweite Zwischenposition wird typischerweise so gewählt dass in dieser Position die zu verklebenden Flächen zu 70% mit Klebstoff benetzt sind, wie die Figur 3h zeigt. In der nun folgenden Phase der Anziehung wird der Greifer 15 geöffnet und entfernt, wie die Figur 3h ebenfalls zeigt. Aufgrund der nun wirkenden Kapillarkräfte und eventuell der Schwerkraft verteilt, sich nun der Klebstoff über den gesamten Bereich der zu verklebenden Flächen. Aufgrund der Ausgangsgeometrie des aufgebrachten Klebstoffs findet die Ausbreitung nach allen Seiten gleichmäßig statt. Daher bleibt die Parallelität der Hypothenusenflachen sehr gut erhalten, während das zweite Prisma 21 sich auf das erste Prisma 19 absenkt. Dieser Ausbreitungsprozess kommt zum Stillstand, sobald der Klebstoff den Prismenrand erreicht hat. In einem letzten Schritt muss nun der Klebstoff 11 ausgehärtet werden. Für optische Anwendungen, insbesondere wenn Licht durch die verklebten Flächen transmittiert werden soll, werden optische Kleber eingesetzt. Dabei gibt es Zweikomponentenkleber die mit der Zeit selbsthärtend sind. Sind jedoch die zu verklebenden Komponenten aus einem Mate- rial, das zumindest teilweise für UV-Licht transparent ist, so ist der Einsatz eines UV-härtenden Klebstoffs von Vorteil .
Im Beispiel ist eine Hypothenusenflache mit einem polarisa- tionsteilenden Schichtsystem beschichtet. Es lässt sich a- ber natürlich ein beliebiges optisch funktionelles Schichtsystem bestehend aus mindestens einer Schicht aufbringen. Neben Polarisationsstrahlteilern sind daher auch Farbfilter oder Beugungsstrukturen oder eine Kombination aus diesen Elementen aufbringbar. Insbesondere können beide zu verklebenden Flächen eine optisch funktioneile Schicht tragen, deren Verhalten sich nach verkleben zu einer optischen Summenfunktion addieren .

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils (1) mit einer keilfreien Klebefuge (13) durch Verkleben einer ersten planen Fläche (5) einer ersten Komponente (3) mit einer zweiten planen Fläche (9) einer zweiten Komponente (7) mittels viskosem Klebstoff (11) wobei der Klebstoff (11) auf einer der besagten planen Flächen (5,9) aufgetragen wird und anschliessend die zweite plane Fläche (9) an die erste plane Fläche (5) angenähert wird dadurch gekennzeichnet, dass der Klebestoff (11) in Form eines einfach zusammenhängenden Volumens mittig aufgebracht wird und die anschließende Annäherung der zweiten planen Fläche (9) an die erste plane Fläche (5) eine Phase der Anziehung umfasst in der im wesentlichen die Schwerkraft und/oder die Kapillarkraft für die Annäherung sorgen.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung der zweiten planen Fläche (9) an die erste plane Fläche (5) zusätzlich eine Phase der Gegenüberstellung und eine intermediäre Phase der Annäherung umfasst, wobei in der Phase der Gegenüberstellung die zweite plane Fläche (9) von einer ersten Position in eine erste Zwischenposition gebracht wird, in der die zweite plane Fläche (9) derart positioniert ist, dass sich die beiden planen Flächen (5,9) mit einem ersten Abstand parallel ausgerichtet und lateral angenähert ausgerichtet gegenüberstehen und in der intermediären Phase der Annäherung die zweite plane Fläche (9) von der ersten Zwischenposition ausgehend in eine zweite Zwischenposition mit einem zweiten Abstand von der ersten planen Fläche (5) der kleiner ist als der erste Abstand durch eine zu den zu verklebenden Flächen (5,9) im wesentlichen senkrechte Bewegung gebracht wird, wobei von der zweiten Zwischenposition aus die abschließende Phase der Annäherung eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (11) in der ersten Zwischenposition der zweiten planen Fläche (9) lediglich mit einer der beiden planen Flächen (5,9) in Kontakt ist, während er in der zweiten Zwischenposition mit beiden planen Flächen (5,9) in Kontakt ist und die mittlere Geschwindigkeit der Annäherung in der intermediären Phase so langsam gewählt ist, dass sich insbesondere bei der Kontaktaufnahme des Klebstoffs (11) mit der noch nicht kontaktierten der beiden planen Flächen (5,9) keine StörZentren, insbesondere Luftblasen im Klebstoff (11) bilden oder bestehen bleiben.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Geschwindigkeit der zweiten Komponente (7) relativ zu ersten Komponente (3) in der intermediären Phase zwischen 0.001 mm/s und 0.1 mm/s liegt wobei die mittlere Geschwindigkeit im Bereich von 0.01mm um den Abstand bei dem der Klebstoff (11) beginnt, mit beiden plane Flächen (5,9) in Kontakt zu stehen, kleiner 0.04 mm/s ist und vorzugsweise 0.025 mm/s beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstand der zweiten planen Fläche (9) von der ersten planen Fläche (5) in der ersten Zwischenposition kleiner 1 mm ist und vorzugsweise im wesentlichen 0.5 mm beträgt.
. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Klebstoffes (11) auf eine der beiden planen Flächen (5,9) folgende Schritte ausgeführt werden: a) Ausrichtung der zweiten planen Fläche (9) parallel zur ersten planen Fläche (5) durch Heranführen der zweiten planen Fläche (9) an die erste planen Fläche (5) und Absetzen der zweiten Komponente (7) auf der ersten Komponente (3) . b) Greifen der zweiten Komponente (7) und relativ zur planen Fläche (9) senkrechtes Abheben der zweiten Komponente (7) von der ersten Komponente (3) in einem ersten Bewegungsabschnitt bis zu einer ersten Abhebeposition wobei die Parallelorientierung der zweiten Komponente (7) weitgehend beibehalten wird. c) Überführen der zweiten Komponente (7) in einem zweiten Bewegungsabschnitt zur Startposition für die nach dem Aufbringen des Klebstoffes (11) vorgesehene Annäherung der zweiten planen Fläche (9) der zweiten Komponente (3) an die erste plane Fläche (5) der ersten Komponente (3 ) .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach der Phase der Anziehung die laterale Ausrichtung der beiden planen Flächen (5,9) relativ zueinander korrigiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Verkleben zweier planer Flächen (5,9) gleicher Geometrie dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen des Klebstoffes (11) dessen Form und Volumen den zu verklebenden planen Flächen (5,9) so angepasst wird, dass nach Beendigung der Phase der Anziehung die zu verklebenden planen Flächen (5,9) im wesentlichen ganz mit Klebstoff (11) benetzt sind, ohne dass der Klebstoff (11) über die begrenzenden Ränder der zu verklebenden planen Flächen (5,9) tritt.
9. Verfahren nach Anspruch 8 zum Verkleben zweier kreisrunder Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (11) in der Mitte einer der planen Flächen (5,9) in der Form eines rotationssymmetrischen Tropfens aufgebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 zum Verkleben zweier quadratischer Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff in der Form von vier überlappenden in einem Quadrat angeordneten Tropfen, die alle die Mitte einer der zu verklebenden planen Flächen (5,9) bedecken, aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 zum Verkleben zweier rechteckiger Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (11) in Form einer geraden Linie in der Mitte und längs der längeren Rechteckseite aufgebracht wird wobei die Linie jeweils in einem Abstand von der kürzeren Rechteckseite endet, der einem Viertel der Länge der kürzeren Rechteckseite entspricht und die Dicke der Klebelinie vorzugsweise zu den Enden der Klebelinie hin entsprechend der Form einer Hantel zunimmt .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines optischen Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (3) und die zweite Komponente (7) aus transparentem Material insbesondere aus Glas angefertigt werden und zum Verkleben ein Klebstoff (11) eingesetzt wird, der ein optischer Klebstoff, vorzugsweise ein UV-härtender Klebstoff ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12 zur Herstellung eines optischen Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zu verklebenden planen Flächen (5,9) mit einem optisch funktionellen Schichtsystem bestehend aus mindestens einer Schicht, versehen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch funktioneile Schichtsystem ein optisches Element entsprechend einem Farbfilter, einem Strahlteiler, insbesondere einem Polarisationsstrahlteiler, einer BeugungsStruktur oder einer Kombination zweier oder mehrerer der besagten optischen Elemente bildet.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente ein Prisma mit einem rechtwinkligen Dreieck als Grundfläche ist und die zweite Komponente ebenfalls ein Prisma mit einer dem ersten Prisma entsprechenden Geometrie ist und die Prismen an den Hypothenusenflachen zu einem Quader, gegebenenfalls zu einem Würfel verkittet werden.
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