DE3712146A1

DE3712146A1 - Verfahren zum herstellen eines optischen bauteils

Info

Publication number: DE3712146A1
Application number: DE19873712146
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Nose; Toshiyuki Nakajima; Eigo Kawakami; Takeshi Baba; Nobuo Kushibiki; Masakazu Matsugu; Yukichi Niwa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1987-10-15
Also published as: US4985186A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauteils, z. B. einer Linse oder eines Prismas. Speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstel len eines optischen Bauteils mit hervorragenden optischen Eigenschaften, wobei die Besonderheit des Verfahrens in der Präzision des Formvorgangs des Bauteils liegt.

Optische Bauteile werden in verschiedensten optischen Instrumenten, optischen Nachrichtenübertragungsgeräten, elektrooptischen Instrumenten und dergleichen verwendet.

Als Verfahren zur Herstellung solcher optischen Bauteile werden bislang Verfahren wie das Glasformverfahren, das Kunststoff-Kopie-Verfahren, das Einspritzverfahren, das Preßverfahren und dergleichen angewendet, bei denen je weils eine Form verwendet wird.

Um bei Verwendung dieser Verfahren ein optisches Bauteil mit hervorragenden optischen Eigenschaften zu erhalten, ist es selbstverständlich wichtig, die Formungsgenauig keit bei der Herstellung des Formteils zu verbessern.

Es ist jedoch ebenfalls äußerst wichtig, die Genauigkeit des Form- oder Preßteils beim Ablösen des Teils von der Form beizubehalten. Wenn im Zuge des Herstellungsverfah rens das Preßteil nicht seine exakte Form beibehält, so läßt sich insgesamt durch das Herstellungsverfahren kein Form- oder Preßteil mit hoher Präzision herstellen.

Zum Ablösen eines optischen Form- oder Preßteils (oder allgemein: eines mit einer bestimmten Form versehenen Produkts) aus Glas, Kunstharz oder dergleichen von einer Form wurden bislang verschiedene Methoden angewendet.

Solche Methoden sind: Eintreiben eines V-förmigen Keils in den Grenzbereich zwischen einem optischen Preßteil und einer Form; Abkühlen einer fest zusammenhängenden Einheit von Preßteil und Form durch einen Luftstrahl, der z.B. durch eine Luftdüse erzeugt wird, oder Eintauchen der aus Preßteil und Form bestehenden Einheit abwechselnd in warmes und kal tes Wasser, um die Temperatur der Einheit zu ändern und da durch das Preßteil aufgrund unterschiedlicher Ausdehnung und Schrumpfung gegenüber der Form zu lösen; oder Aufbrin gen einer Ultraschallschwingung auf ein optisches Preßteil oder eine Form, um die beiden Teile voneinander zu lösen.

Bei dem erstgenannten Verfahren, bei dem ein V-förmiger Keil in den Grenzbereich zwischen dem optischen Preßteil und der Form getrieben wird, werden die optischen Eigen schaften des optischen Preßteils beträchtlich gefährdet, und zwar durch Risse, die sich an der optischen Fläche des Teils oder an der Formfläche der Form bilden.

Das Abkühlen der aus optischem Preßteil und Form bestehen den Einheit durch Anblasen mit Luft führt zu einem nur un zureichenden Ablösen, da die Kühlwirkung gering ist.

Taucht man die Form mit dem noch darin befindlichen opti schen Preßteil abwechselnd in warmes und kaltes Wasser, so muß man dieses Erwärmen und Abkühlen solange fortset zen, bis das Ablösen des Teils von der Form gewährleistet ist. Dies ist zeitraubend. Außerdem wird bei diesem Ver fahren mit einiger Wahrscheinlichkeit die optische Fläche des optischen Preßteils verformt aufgrund der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung des Preßteils. Deshalb ist die ses Ablöseverfahren nicht geeignet für ein optisches Preß teil, dessen Material leicht durch Wärme verformt wird.

Wird mit Ultraschall-Schwingungen gearbeitet, so muß man diese Ultraschall-Schwingungen solange auf die Form bzw. das optische Preßteil aufbringen, bis das Lösen dieser Teile sichergestellt ist. Dies ist äußerst zeitraubend. Besonders dann, wenn es sich bei dem optischen Preßteil um ein elastomeres oder elastisches Teil handelt, das von einer Form gelöst werden muß, haben die Ultraschall-Schwin gungen kaum Wirkung, da sie von dem elastomeren Körper ab sorbiert werden. Dies wiederum hat die Wirkung, daß sich die Temperatur des elastomeren Körpers erhöht, mit der Ge fahr einer thermisch bedingten Verformung des elastomeren Körpers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauteils zu schaffen, welches eine hohe Genauigkeit des Bauteils dadurch gewährleistet, daß eine hohe Formgenauigkeit eines optischen Preß- oder Formteils des optischen Bauteils gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauteils wird das Gas direkt der Grenze oder der Grenzfläche (der Berührungsfläche) zwischen der Form einer seits und dem optischen Preßteil andererseits zugeführt, wodurch eine gleichmäßige, das Ablösen fördernde Kraft aufgrund des Gasdrucks auf die Oberfläche des optischen Preßteils ausgeübt wird. Deshalb löst sich an der genannten Grenzfläche das optische Preßteil von der Form, als ob das Preßteil oberhalb der Form schwämme.

Durch die Erfindung ist es möglich, das Ablösen des Preß teils von der Form ruckfrei und sicher durchzuführen, wäh rend das Ausmaß einer auf eine Einheitsfläche der Oberflä che des optischen Preßteils einwirkenden externen Kraft mi nimiert wird. Deshalb ist es auch möglich, die Formgenauig keit des optischen Preßteils beizubehalten, so daß ein opti sches Bauteil, welches mit einem so von der Form gelösten optischen Preßteil ausgestattet ist, eine hervorragende Präzision und sehr gute optische Eigenschaften aufweist.

Da erfindungsgemäß die ein Ablösen begünstigende Kraft gleichförmig und direkt auf die Oberfläche des optischen Preßteils einwirkt, läßt sich auch das Ablösen ruckfrei und sicher durchführen, ohne daß dieser Vorgang abhängt von bestimmten Materialeigenschaften des optischen Preß teils. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfah ren zum Ablösen eines als Elastomerkörper oder elasti scher Körper vorliegenden optischen Preßteils, denn bei solchen Formteilen ist es besonders schwierig, mit Hilfe herkömmlicher Verfahren das fertige Formteil von der Form zu lösen. Eine Verformung der optischen Fläche eines sol chen optischen Preßteils, hervorgerufen durch thermische Expansion oder Schrumpfung oder durch Absorption von Ultra schall-Schwingungen, wird vermieden, und demzufolge ge schieht das Ablösen des Preßteils von der Form ruckfrei und sicher.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand der Zeichnung näher erläutert. In der nachstehenden Beschreibung bedeuten Prozentangaben ("%") und "Teile" von Mengenangaben stets Gewichtsprozent bzw. Gewichts teile, wenn nichts anderes gesagt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungs form einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Elastomer teils, welches in enger Berührung mit einer ringförmigen Bodenplatte steht,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Ausführungs form eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten optischen Bau teils,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Aus führungsform einer Anordnung für das er findungsgemäße Verfahren,

Fig. 5A, 5B und 5C Schnittansichten einer weiteren Ausfüh rungsform einer Anordnung für das erfin dungsgemäße Verfahren, wobei die einzelnen Verfahrensabschnitte in der zeitlichen Ab lauffolge dargestellt sind,

Fig. 6A eine Schnittansicht eines weiteren Aus führungsbeispiels eines nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellten opti schen Bauteils,

Fig. 6B, 6C und 6D Schnittansichten, die in der genannten Reihenfolge verschiedene Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Her stellen eines optischen Bauteils mit einer laminierten elastomeren Schicht darstellen,

Fig. 7A, 7B und 7C Schnittansichten, die eine Ausführungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines optischen Bauteils aus einem laminierten Elastomerteil dar stellen, wobei in den Grenzbereich zwi schen einem oberen Formteil und einer er sten elastomeren Schicht ein Gas einge führt wird,

Fig. 8 eine Schnittansicht einer weiteren Aus führungsform einer Anordnung entsprechend einer weiteren Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer ersten elastomeren Schicht,

Fig. 9 eine Schnittansicht einer Anordnung in dem Zustand, daß die Bodenplatte des optischen Bauelements gemäß Fig. 3 mit Druck beaufschlagt wird,

Fig. 10A bis 16C Schnittansichten zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens, und

Fig. 17 eine Schnittansicht einer Anordnung für ein im Beispiel 1 beschriebenes Verfahren.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Verfahrens anhand der Herstellung eines optischen Bauelements variabler Brennweite mit einem Elastomer- oder elastischen Teil beschrieben. Es sei allerdings angemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Herstellung optischer Bauteile oder Bauelemente aus Glas, Kunstharz oder dergleichen verwendbar ist.

Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff "opti sches Bauelement" ein Bauelement, welches ein optisches Bauteil und mindestens ein weiteres Teil enthält. Außer dem bezieht sich der Begriff "optisches Bauelement variab ler Brennweite" auf ein optisches Bauelement, das in der Lage ist, seine Brennweite aufgrund einer Verformung einer optischen Fläche eines Elastomerteils zu verändern. Die ses Bauelement besitzt ein Elastomerteil und ein relativ starres, mit einer Öffnung ausgestattetes Teil, das mit dem Elastomerteil in Berührung steht, um einen Teil der Oberfläche des Elastomerteils durch die Öffnung hindurch freizulegen. Der freiliegende Oberflächenteil des Elasto merteils (im folgenden auch als "freiliegende Oberfläche" bezeichnet) ist in seiner Form durch Verformung des Ela stomerteils änderbar, so daß eine veränderliche optische Oberfläche gebildet wird.

Fig. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines optischen Bauelements.

Nach Fig. 2 wird zur Herstellung des optischen Bauelements ein Halter 1 zur Aufnahme eines Kerns vorgesehen. Der Hal ter besteht aus Metall, Kunstharz oder dergleichen. Er be sitzt die Form eines Rotationskörpers mit einer optischen Achse H, in der ein Gaseinlaß 1 a gebildet ist.

Ein aus porösem Metall, Glas oder dergleichen bestehender stabförmiger oder scheibenförmiger Formkern 2 sitzt in dem Halter 1. Der Kern 2 hat eine Formfläche (d.h. eine Fläche, die in der Lage ist, mit einem Elastomerteil in Berührung zu stehen) gewünschter Form.

Ein hohler, zylindrischer Formseitenteil 3 umgibt den Hal ter 1 und steht in Berührung mit der Außenfläche des Hal ters 1. Eine kreisscheibenförmige Bodenplatte 4 aus trans parentem Material, z.B. Glas oder Kunstharz, steht dem Kern 2 mit einem gewissen Abstand gegenüber.

Der Kern 2 (oder der Halter 1), das Formseitenteil 3 und die Bodenplatte 4 bilden einen Formhohlraum. Durch einen (nicht gezeigten) Einlaß in dem Formseitenteil 3 wird ein Rohmaterial für ein Elastomerteil, z.B. Silikon, in den Formhohlraum eingegossen, und anschließend wird das Rohmaterial ausgehärtet oder gehärtet. Dadurch entsteht als optisches Form- oder Preßteil ein Elastomerteil 5 et wa stabförmiger oder scheibenförmiger Gestalt bezüglich der optischen Achse h (diese Verfahrensschritte betreffen das Gießverfahren).

Dann wird unter Druck gesetztes Gas, z.B. Luft, durch den Einlaß 1 a des Halters 1 eingeblasen, so daß das Gas durch die feinen Poren des porösen Kerns 2 hindurchgelangt. Das Gas wird von einer (der Formfläche entgegengesetzten) Bo denfläche her zugeführt. Danach erreicht das Gas eine Grenz fläche zwischen dem Kern 2 und dem Elastomerteil 5, wo durch eine das Ablösen fördernde, gleichförmige Kraft auf die Oberfläche des Elastomerteils 5 einwirkt. Aufgrund der das Ablösen fördernden Kraft wird das Elastomerteil 5 von dem porösen Kern 2 derart abgelöst, daß es oberhalb des Kerns 2 gleichsam schwimmt, während die Formungsgenauig keit des Elastomerteils 5 beibehalten wird. In diesem Fall wird der Halter 1 gleichzeitig von dem Elastomerteil 5 getrennt.

Nachdem also das gelöste Elastomerteil 5 von dem Formsei tenteil 3 getrennt ist, liegt es in einem Zustand vor, in dem es mit der kreisscheibenförmigen Bodenplatte 4 in en gem Kontakt steht, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Das Elasto merteil 5 wird in einem Aperturteil untergebracht (wie Fig. 3 zeigt), welches eine kreisförmige Apertur oder Öff nung 6 a aufweist und aus relativ starrem Material, z.B. Metall oder Kunstharz, besteht. Dadurch wird das optische Bauelement 7 mit veränderlicher Brennweite fertiggestellt. In dem optischen Bauelement 7 ist die Bodenplatte 4 bezüg lich des Aperturteils 6 entlang der optischen Achse h be weglich.

Im folgenden sollen die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Einzelteile näher beschrieben werden.

Als poröses Material für den Kern 2 kommen z.B. in Betracht: Glas, wie beispielsweise Vycor (Handelsbezeichnung), ge sintertes Aluminiumoxid, Keramiken wie z.B. Siliciumcarbid, Polymere wie z.B. Polysilfon und Polypropylen und derglei chen. Speziell werden solche Stoffe verwendet, die sich besonders leicht von dem Elastomerteil 5 ablösen.

Als poröses Material kommt Material in Betracht, welches von Haus aus besonders porös ist, aber auch ein Stoff, in welchem durch physikalische oder chemische Behandlung fei ne Poren gebildet werden.

Die Dicke des porösen Kerns 2 entlang der optischen Achse h hängt ab von der mechanischen Festigkeit des Stoffs, vor zugsweise beträgt die Dicke aber 0,1 bis 10 mm, insbeson dere 0,1 bis 1,0 mm. Der Porendurchmesser der Formfläche des Kerns 2 beträgt vorzugsweise etwa 1 bis 300 nm, ins besondere 1 bis 30 nm. Wenn der Porendurchmesser mehr als 300 nm beträgt, entsteht möglicherweise ein Problem hin sichtlich der Rauhigkeit der optischen Fläche des Elasto merteils 5.

Die Gasdurchlässigkeit des Kerns 2 beträgt vorzugsweise 5×10⁸ mol/(cm² · cmHg · min) oder mehr, dann, wenn eine Druck differenz von 5 kg/cm² zwischen der Bodenfläche des Kerns 2 und der Formfläche existiert, wobei Stickstoffgas bei einer für das Ablösen günstigen Temperatur verwendet wird.

Die Flächengröße der Formfläche des Kerns 2 (das heißt: die Fläche, die in Berührung mit dem Elastomerteil 5 steht) ist vorzugsweise fast gleich oder noch größer als die frei liegende Oberfläche 5 a des Elastomerteils 5. Um die das Ab lösen begünstigende Kraft gleichmäßig über die optische Fläche des Elastomerteils 5 zu verteilen (das heißt über eine Fläche, die mit dem Kern 2 in Berührung steht), kann die genannte Flächengröße der Formfläche vorzugsweise so groß wie möglich gemacht werden.

Der Druck des von der Bodenfläche des Kerns 2 eingeblase nen Gases beträgt vorzugsweise in der Nähe der Bodenfläche 1 bis 20 kg/cm². Es reicht aus, das Gas durch die Poren in dem Kern 2 zu der Grenze zwischen dem Kern 2 und dem Elasto merteil 5 zu bringen. Folglich kann das Gas von der zylin drischen Außenfläche des stabförmigen Kerns 2 zu der Grenze geführt werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Gas direkt auf die Oberfläche des Elastomerteils 5, die mit dem Kern 2 in Berührung steht, durch den porösen Kern 2 hindurch in Berührung gebracht. Allerdings ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, einen dünnen Film oder eine dünne Schicht 8 aus beispielsweise Polyethylen zwischen das Elastomerteil 5 und die Formfläche des Kerns 2 einzu fügen, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Wenn der Film 8 gemäß Fig. 4 eingefügt wird, ist es selbst dann, wenn der Porendurchmesser in der Formfläche des Kerns 2 relativ groß ist (insbesondere 100 nm oder mehr, vorzugsweise mehrere bis mehrere zehn nm beträgt), einfach, die Rauhigkeit der optischen Fläche des Elastomerteils 5 in einem Ausmaß zu begrenzen, das im Hinblick auf die ge wünschte optische Präzision erforderlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel mit dem eingefügten Film 8 ist es möglich, das Ablösen durch Injizieren eines Gases, wie Luft, von der Bodenseite des Kerns 2 her durch Druckbeauf schlagung zu bewirken, ähnlich wie bei dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 1. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 jedoch wird das Ablösen vorzugsweise nach folgendem Verfah ren bewerkstelligt: An den Gaseinlaß 1 a des Halters 1 wird eine (nicht gezeigte) Saugvorrichtung angeschlossen; das Elastomerteil 5 wird geformt, während auf den die Formflä che des Kerns 2 abdeckenden Film 8 ein Unterdruck aufge bracht wird (das heißt: während der Kern 2 in einem Zu stand reduzierten Drucks gehalten wird); und anschließend wird der negative Druck von dem Film 8 gelöst, so daß sich der ursprüngliche Druck wieder einstellt (es kann auch ein Gas unter geringem Überdruck von der Bodenseite des Kerns 2 her injiziert werden), um dadurch das Ablösen zu erreichen.

Wenn der negative Druck von dem Film 8 fortgenommen wird, wird ein von dem Kern 2 in Richtung auf das Elastomerteil 5 ausgeübter Gasdruck gegenüber dem Zustand während der For mung des Elastomerteils 5 relativ erhöht, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, also ähnlich dem Fall, daß Druckgas eingeführt wurde. Wenn das Ablösen durch Be seitigung von Unterdruck erfolgt, kann man eine spontane Verformung des Films 8, hervorgerufen durch dessen Rück stellkraft, oder das Ablösen des Films 8 auf dem Elasto merteil 5, in Verbindung mit einer das Ablösen förderli chen Kraft, basierend auf einer Gasdruck-Zunahme, ausnut zen. Im Ergebnis ist das Ablöseverfahren wünschenswert im Hinblick auf ein ruckfreies Ablösen des Elastomerteils 5 von dem Kern 2.

Die Dicke des Films 8 beträgt vorzugsweise etwa 0,1 µm bis einige zehn µm, insbesondere etwa 0,1 bis 5,0 µm. Vorzugsweise ist die Dicke des Films 8 klein, solange sie der geforderten Zugspannung widersteht.

Als Material für den Film 8 kommt ein Stoff mit guter Lösbarkeit bezüglich des Elastomerteils 5 in Frage. Ins besondere wird ein Film aus einem Polymer verwendet, z.B. aus Polyethylen, Polyemid, Polyacrylnitril oder Polyvenyl iden-Chlorid.

Vorzugsweise wird diejenige Oberfläche des Films, die mit dem Elastomerteil 5 in Berührung gelangt, vorab so behandelt, daß die Lösbarkeit gegenüber dem Elastomer teil 5 verbessert wird. Eine solche Behandlung kann z.B. in einer Koronaentladung, einer Glimmentladung oder einer Behandlung mit einer Säure oder Base bestehen.

Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Fig. 5A, 5B und 5C erläutert. Gemäß Fig. 5A wird ein Paßstück 91, wel ches die Form z.B. eines Stifts oder eines Keils hat, derart in ein aus Metall, Glas oder dergleichen beste hendes stabförmiges, unteres Formteil 92 eingeführt, daß es das untere Formteil 92 von dessen Formfläche zu dessen Bodenfläche passieren läßt. Eine aus einem transparenten Material wie Glas bestehende kreisförmige Bodenplatte 4 steht dem unteren Formteil 92 mit einem gewissen Abstand gegenüber. Außerdem ist ein zylindrisches Formteil 93 um das untere Formteil 92 herum so angeordnet, daß es dessen Außenfläche berührt.

In einen Formhohlraum, der umgeben wird von dem Formunter teil 92, der Bodenplatte 4 und dem Formseitenteil 93, wird ein Rohmaterial für ein Elastomerteil angegeben, z.B. Sili kon. Die Eingabe erfolgt durch einen (nicht gezeigten) Einlaß in dem Formseitenteil 3. Anschließend wird das Rohmaterial ausgehärtet oder erhärtet, z.B. mit Hilfe eines Härters, so daß dadurch das Elastomerteil 5 mit stabförmiger oder scheibenförmiger Gestalt um die opti sche Achse h herum entsteht. Damit ist das Gießverfahren abgeschlossen.

Dann wird gemäß Fig. 5B das Paßteil 91 von dem Formunter teil 92 entfernt, so daß eine Gasführung 91 a entsteht, die sich von der Bodenfläche des Formunterteils 92 zu dessen Formfläche erstreckt (das heißt: zu einer Grenze zwischen dem Formunterteil 92 und dem darauf gebildeten Elastomerteil 5).

Wie Fig. 5C zeigt, wird dann ein Führungsteil 96 so an der Bodenfläche des Formunterteils 92 angeordnet, daß eine in dem Führungsteil 96 gebildete Gasleitung 96 a mit der erwähnten Gasführung 91 a verbunden wird. Anschließend wird unter Druck stehendes Gas, z.B. Luft, durch die Gas leitung 96 a eingeblasen. Das Gas gelangt von der Gaslei tung 96 a zu der Gasführung 91 a und erreicht schließlich die Grenzfläche zwischen dem Formunterteil 92 und dem Elastomerteil 5. Das Gas diffundiert rasch in kleine Spal te an der Grenze zwischen dem Formunterteil 92 und dem Elastomerteil 5 und verringert das Haften zwischen die sen beiden Teilen, fördert also das Ablösen dieser bei den Teile voneinander.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5C wird das Elastomer teil 5 auch von dem Formseitenteil 93 gelöst, bzw. wird dieses Ablösen dort gefördert, da das Gas rasch in die feinen Spalten und Lücken an der Grenze zwischen dem Ela stomerteil 5 und dem vom Seitenteil 93 diffundiert.

Man erhält also ein Elastomerteil 5 mit äußerster Her stellungsgenauigkeit, indem eine Verformung des Elasto merteils 5 zum Zeitpunkt des Ablösens des Formteils von der Form vermieden wird. Verwendet man dieses Elastomer teil 5 in dem in Fig. 3 gezeigten optischen Bauelement veränderlicher Brennweite, so zeichnet sich dies durch gute optische Eigenschaften aus.

Im folgenden sollen die in den Fig. 5A bis 5C gezeigten Teile näher erläutert werden.

Das Formunterteil 92 ist ein stab- oder scheibenförmiges Teil mit einer eine gewünschte Form aufweisenden Formflä che. Das Formunterteil 92 ist so geformt, daß es das Paß teil 91 aufzunehmen vermag. Außerdem ist die Gasführung 91 a so innerhalb des Formunterteils 92 gebildet, daß sie sich von der Formfläche zu dessen Bodenfläche erstreckt.

Man kann die Gasführung 91 a auch so ausbilden, daß sie durch das Formunterteil 92 im Bereich der Mitte des Form unterteils verläuft (das heißt im Bereich der optischen Achse h). Allerdings ist es vorzuziehen, die Gasführung 91 a in einem Umfangsbereich des Formunterteils anzuord nen (das heißt in einem Bereich in der Nähe der Außenober fläche), um die Wirkung der Gasinjektion auf die optischen Eigenschaften des Elastomerteils 5 zu minimieren oder um die das Ablösen fördernde Kraft aufgrund der Gasinjektion ausüben zu können. Außerdem ist die genannte Anordnung günstig, um die Kraft über die Grenze zwischen dem Elasto merteil 5 und dem Formseitenteil 93 hinwegwirken zu lassen.

Man kann vorzugsweise mehrere Gasführungen 91 a vorsehen, um die Lösekraft gleichmäßig über das Elastomerteil 5 ver teilt auszuüben. Außerdem kann die Gasführung z.B. die Form eines Zylinders haben, der sich um die optische Achse h herum öffnet.

Während die Form der Gasöffnung 91 a nicht speziell begrenzt ist, so ist sie dennoch etwa keilförmig, wobei der Quer schnitt im Seitenbereich der Formfläche relativ klein ist.

Das in die Gasführung 91 a einsetzbare Paßstück 91 kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder dergleichen beste hen, vorzugsweise besteht es aber aus einem ähnlichen Material wie das Formunterteil 92.

Der Druck des zwangsweise durch die Gasführung 91 a geführ ten Gases beträgt vorzugsweise 1 bis 50 atm. (1,01 bis 50,5 Pa), insbesondere 5 bis 20 atm. in der Nähe der Bodenflä che des Formunterteils 92.

Wenn das Gas unter Druck eingeführt wird, kann sich die Oberflächenform des Elastomerteils 5 vorübergehend etwas verformen. Man kann diese vorübergehende Verformung aber in einem sehr kleinen Bereich oder in einem Bereich der elastischen Verformung halten, da das Elastomerteil 5 sich rasch von dem Formunterteil 92 löst, und zwar aufgrund der Diffusion des im Grenzbereich zwischen Elastomerteil und Formunterteil existierenden Gases. Deshalb kann sich das Elastomerteil 5 rasch von der vorübergehenden Verfor mung erholen. Es ist folglich mit keinerlei Problemen hin sichtlich einer Verringerung der Formungsgenauigkeit des Elastomerteils 5 aufgrund des unter Druck eingeführten Ga ses zu rechnen.

Das Formseitenteil 92, welches in Verbindung mit dem Form unterteil 92 die Form des Elastomerteils bestimmt, kann zylindrisch sein und aus einem ähnlichen Stoff bestehen wie das Formunterteil 92. Es reicht aus, die Gasführung 91 a entweder in dem Formunterteil 92 oder in dem Formsei tenteil 93 auszubilden. Oben wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, nach welchem das optische Bauelement 7 (Fig. 3) mit einem Einschicht-Elastomerteil 5 hergestellt wird. Es ist auch möglich, ein optisches Bauelement 7 a herzustellen, welches aus einem laminierten Elastomerteil 58 gebildet ist, wie es Fig. 6A zeigt. Auch bei einem solchen Teil läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden.

Wie Fig. 6A zeigt, besteht das laminierte Elastomerteil 54 aus einer ersten elastomeren Schicht 51, die einen relativ großen Elastizitätsmodul aufweist, und einer auf dieser ersten Schicht entlang der optischen Achse h angeordne ten, zweiten elastomeren Schicht 52, die einen relativ kleinen Elastizitätsmodul besitzt. Die beiden Schichten sind in der genannten Reihenfolge beginnend bei der frei liegenden Oberfläche 51 a des Elastomerteils 54 angeord net.

Wenn das Elastomerteil 54 eine erste elastomere Schicht 51 mit relativ großem Elastizitätsmodul und eine zweite elasto mere Schicht 52 mit relativ kleinem Elastizitätsmodul auf weist, wie in Fig. 6A gezeigt ist, so wird vorzugsweise die zweite elastomere Schicht 52 mit dem relativ kleinen Elastizitätsmodul auf der den relativ großen Elastizitäts modul aufweisenden ersten elastomeren Schicht 51 ausgebil det, wie Fig. 6B bis 6D zeigen, um dadurch ein optisches Bauelement zu erhalten.

Gemäß Fig. 6B wird eine Form bereitgestellt, die ein schei benförmiges oberes Formteil 21, ein scheibenförmiges unte res Formteil 22, das dem oberen Formteil 21 mit einem ge wissen Abstand gegenüberliegt, und ein Formseitenteil 23 aufweist, das die Außenflächen des Formoberteils 21 und des Formunterteils 22 berührt.

In einem ersten Schritt wird in einen Formhohlraum, der von den genannten Formteilen umgeben ist, ein Rohmaterial für die erste elastomere Schicht 51 eingebracht. Dieses Rohmaterial besteht z.B. aus Silikon. Nach dem Eingießen des Rohmaterials in den Formhohlraum wird das Material ausgehärtet, so daß die erste elastomere Schicht 51 mit einem relativ großen Elastizitätsmodul entsteht, wie Fig. 6B zeigt. Insoweit entspricht das Verfahren dem Gießver fahren.

Dann wird gemäß Fig. 6C die erste elastomere Schicht 51 von dem Formoberteil 21 getrennt. Bei diesem Schritt kann nach Wunsch die Oberfläche der ersten elastomeren Schicht 51, von der das Formoberteil 21 getrennt wurde, derart be handelt werden, daß das Haften gegenüber der zweiten elasto meren Schicht verbessert wird.

In einem zweiten Schritt (Fig. 6D) wird eine z.B. aus Glas bestehende kreisförmige Bodenplatte 4 auf einem obe ren Abschnitt (das heißt dort, wo vorher der Formoberteil 21 weggenommen wurde) des Seitenformteils 23 angeordnet, so daß die Bodenplatte 4 und die bereits fertiggestellte erste elastomere Schicht 51 einen bestimmten Formhohlraum bilden. In den Formhohlraum wird nun Rohmaterial für die zweite elastomere Schicht 52, z.B. Silikon, eingegossen, und anschließend wird das Material ausgehärtet, z.B. mit Hilfe eines Härters. Dadurch entsteht die zweite elasto mere Schicht 52, die einen relativ kleinen Elastizitätsmo dul besitzt. Diese Schicht ist auf der zuerst gebildeten ersten elastomeren Schicht 51 entlang der optischen Achse h auflaminiert. Somit ist das als stabförmiges oder schei benförmiges Teil ausgebildete laminierte Elastomerteil 54 fertiggestellt.

Im vorliegenden Beispiel wird zunächst also die erste elastomere Schicht 51 gebildet, die auch als Teil der Form bei der Herstellung der zweiten elastomeren Schicht 52, die auf die erste Schicht auflaminiert wird, fungiert. Da die erste elastomere Schicht 51 einen relativ großen Elastizitätsmodul besitzt, läßt sich deren Verformung selbst dann sehr gering halten, wenn das Rohmaterial für die zweite elastomere Schicht 52 eingegossen wird. Bei die sem Verfahren besitzt also die zweite elastomere Schicht 52 einen relativ kleinen Elastizitätsmodul, und sie wird mit hoher Präzision gefertigt.

Anschließend wird das so erhaltene laminierte Elastomer teil 54 von dem Formunterteil 22 und dem Formseitenteil 23 getrennt.

Bei dem oben beschriebenen zweiten Schritt, also dann, wenn das Rohmaterial für die zweite elastomere Schicht 52 in den von der ersten elastomeren Schicht 51 und der Bodenplatte 4 begrenzten Raum (siehe Fig. 6D) eingegossen wird, vorzugsweise das Rohmaterial durch einen Einlaß ein gefüllt, der in dem Formseitenteil 23 gebildet ist, oder der in einem Abschnitt der Bodenplatte 4 gebildet ist, also dort, wo während der späteren Verwendung des Bau teils kein Lichtstrahl hindurchgelangt.

Wenn bei der Anordnung nach Fig. 6A die Elastizitätsmo duli der ersten elastomeren Schicht 51 und der zweiten elastomeren Schicht 52 bezeichnet werden mit E ₁ bzw. E ₂ (N/m²), und wenn die Dicken der ersten und der zweiten elastomeren Schicht entlang der optischen Achse h mit t ₁ bzw. t ₂ (mm) bezeichnet werden, so besteht vorzugs weise die Beziehung E ₁<E ₂ erfüllt, und außerdem wird vorzugsweise die Beziehung t ₁≦t ₂ erfüllt, falls die Bedingung E ₁<E ₂ gilt. In diesem Fall wird mit t ₁<t ₂ eine externe Kraft, die zur Verformung des laminierten Elastomerteils 54 aufgebracht werden muß, erhöht.

Um weiterhin ein laminiertes Elastomerteil 54 mit einer ersten und einer zweiten elastomeren Schicht zu erhalten, bei dem die freiliegende Oberfläche 51 a (das heißt derje nige Oberflächenteil, der durch die Öffnung des Apertur teils 6 hindurch freiliegt) während der Verformung prak tisch sphärisch, also kugelförmig bleibt, wird vorzugs weise folgende Beziehung (1) eingehalten:

5 < (E₁ × t₁)/(E₂ × t₂) < 100 (1)

Wenn außerdem das optische Bauelement 7 a als herkömmliche Linse oder Objektiv verwendet wird, erfüllen die Größen t ₁ und t ₂ vorzugsweise die Beziehung 2≦t ₁+t ₂≦30. Die obere Grenze für die Dicke der ersten elastomeren Schicht 51 (t ₁) ist nicht besonders begrenzt. Wenn aller dings t ₁ extrem klein ist, kann möglicherweise die Festig keit der ersten elastomeren Schicht 51 unzureichend sein, oder die Schicht kann sich möglicherweise kräuseln.

Die erste und die zweite elastomere Schicht 51, 52 können aus ähnlichen, aber auch aus verschiedenen Stoffen bestehen. Allerdings sollten diese elastomeren Schichten vorzugswei se aus ähnlichem Material oder zumindest aus Stoff ähnli chen Typs bestehen, z.B. aus Silikongummi, so daß das opti sche Bauelement 7 a hervorragende Eigenschaften besitzt, be gründet durch den relativ kleinen Brechungsindex-Unterschied zwischen den Schichten und außerdem wird durch ähnliches Ma terial ein gutes Haftvermögen zwischen den Schichten er reicht.

Es ist nicht immer erforderlich, daß die erste und die zweite elastomere Schicht eine - in radialer Richtung gesehen - gleichförmige Dicke in Richtung der optischen Achse h besitzen. Man kann beispielsweise die Art der Verformung der freiliegenden Oberfläche 51 a des laminier ten Elastomerteils 54 dadurch steuern, daß man eine ge wisse Dickenverteilung der ersten Elastomerschicht 51 vorsieht. Wenn in diesem Fall die Dicke der ersten Ela stomerschicht 51 in einem Mittelabschnitt relativ klein ist (das heißt in der Nähe der optischen Achse h), wäh rend sie im Umfangsbereich (das heißt in dem von der opti schen Achse h entfernten Bereich) relativ groß ist, ver schiebt sich der Bereich des Verhältnisses (E ₁×t ₁)/ (E ₂×t ₂) zu kleineren Werten, als es der obigen Formel (1) entspricht. Wenn andererseits die Dicke der ersten elastomeren Schicht 51 im Mittelbereich relativ groß und im Umfangsbereich relativ klein ist, verschiebt sich der bevorzugte Bereich des Verhältnisses (E ₁×t ₁)/(E ₂×t ₂) zu größeren Werten, als es der obigen Formel (1) entspricht.

Im folgenden soll im einzelnen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden, bei dem Gas in die Grenz schicht zwischen dem Formoberteil und der ersten elasto meren Schicht 51 bei der Herstellung des laminierten Ela stomerteils 54 injiziert wird.

Gemäß Fig. 7A wird ein stab- oder scheibenförmiger oberer Kern 21 von einem Halter 21 a und ein stab- oder scheiben förmiger unterer Kern 22 von einem Halter 22 a gehalten. Der obere Kern 21 steht dem unteren Kern 22 mit einem gewissen Abstand gegenüber. Ein zylindrisches Formsei tenteil 23 berührt die Außenfläche des stabförmigen Hal ters 22 a. Außerdem befindet sich ein scheibenförmiges Füh rungsglied 24 zum Einspritzen von Rohmaterial für ein Ela stomerteil auf dem stabförmigen Halter 21 a (auf der Ober fläche, die der dem oberen Kern 21 gegenüberliegenden Flä che entgegengesetzt ist). Außerdem befindet sich ein zylin drisches Formseitenteil 25 in Berührung mit der Außenflä che des scheibenförmigen Führungsgliedes 24.

Bei dem oben beschriebenen oberen Kern 21 und dem Halter 21 a ist eine Gasführung 11 a derart ausgebildet, daß sie sich von einer Bodenfläche (das heißt: der Fläche, der der den oberen Kern 21 entgegengesetzten Fläche abgewandt ist) des Halters 21 a aus erstreckt. Ein Paßstück 11 in Form eines Stifts oder Keils ist in die Gasführung 11 a eingesetzt. Das Führungsglied 24 ist so angeordnet, daß ein Durchgang gebildet wird, der sich von einem Einlaß 24 a (durch den Rohmaterial injiziert wird) zu einem Raum zwischen dem Halter 21 a und dem Formseitenteil 23 erstreckt, außerdem zu einem Hohlraum zwischen dem oberen Kern 21 und dem unteren Kern 22. Zunächst wird durch den Einlaß 24 a in den Hohlraum zwischen dem oberen Kern 21 und dem unteren Kern 22 Rohmaterial für eine erste elastomere Schicht 51, z.B. Silikon, eingegossen. Dann wird das Material ausge härtet, z.B. unter Verwendung eines Härters. Dadurch ent steht eine erste elastomere Schicht 51.

Dann werden gemäß Fig. 7B das Führungsglied 27 und das Formseitenteil 25 entfernt, und das Paßstück 11 wird von dem oberen Kern 21 und dem Halter 21 a abgenommen, wodurch die Gasführung 11 a frei wird, die sich von der Bodenfläche des Halters 21 a zu einer Formfläche des oberen Kerns 21 erstreckt (das heißt: zu der Grenze zwischen dem oberen Kern 21 und dem ersten Elastomerteil 51 erstreckt).

Gemäß Fig. 7C wird dann ein Führungsglied 96 für die Gas einführung auf der Bodenfläche des Halters 21 a angeordnet, um eine Gasleitung 96 a in dem Führungsteil 96 mit der Gasführung 11 a zu verbinden. Durch die Gasleitung 96 a wird nun unter Druck stehendes Gas, z.B. Luft, eingebla sen, wodurch das Ablösen an der Grenze zwischen dem obe ren Kern 21 und der ersten elastomeren Schicht 51 durch Wirkung des Gases gefördert wird, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5C.

Nach dem Bilden der ersten elastomeren Schicht 51 mit hoher Genauigkeit wird auf die erste Schicht 51 unter Verwendung des unteren Kerns 22, deren Formfläche von der ersten elastomeren Schicht 51 abgedeckt ist, die zwei te elastomere Schicht 52 laminiert, um das laminierte Elastomerteil 54 fertigzustellen. Durch Einbringen des laminierten Elastomerteils 54 in ein Aperturteil 6 er hält man das in Fig. 6A gezeigte optische Bauelement 7 a.

Bei einem solchen optischen Bauelement 7 a lassen sich insgesamt dadurch wünschenswerte Verformungs-Eigenschaf ten erhalten, daß man das Verformungsverhalten der ersten und der zweiten elastomeren Schicht, die das Elastomer teil 54 bilden, harmonisiert. In einem solchen Fall ist es beispielsweise einfach, die freiliegende Oberfläche 21 a in einer gewünschten Form zu halten, z.B. in Kugel form, während das laminierte Elastomerteil 54 verformt wird.

Es ist möglich, die Art der Verformung der freiliegenden Oberfläche 51 a des laminierten Elastomerteils 54 dadurch zu steuern, daß man eine geeignete Dickenverteilung der ersten elastomeren Schicht 51 entlang der optischen Achse h vorsieht.

Die Art der Verformung des laminierten Elastomerteils 54 läßt sich, ähnlich wie bei dem Einschicht-Elastomerteil 5, in einfacher Weise analysieren unter Zuhilfenahme des End element-Verfahrens unter Verwendung eines Strukturanalyse- Programms.

Bei der Bildung eines laminierten Elastomerteils 54 für das optische Bauelement 7 a kann eine erste elastomere Schicht 51 in einem Zustand gebildet werden, in welchem die Schicht 51 allein das Formseitenteil 53 berührt, wie Fig. 8 zeigt (in der keine Gasführung dargestellt ist). Dieses Verfahren wird bevorzugt im Hinblick auf die Lös barkeit einer zweiten elastomeren Schicht 52 von dem Form seitenteil 23, da die zweite Schicht für gewöhnlich stärker haftet als die erste elastomere Schicht 51.

Anhand der Fig. 5A bis 8 wurden Ausführungsbeispiele be schrieben, bei denen in einer Form eine Gasführung ausge bildet ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es je doch außerdem, ein Gas in den Grenzbereich zwischen einer Form und einem Elastomerteil durch einen Gasdurchlaß ein zuführen, der in dem Elastomerteil gebildet ist. Außer dem kann ein Gasdurchlaß oder eine Gasführung sowohl in der Form als auch in dem Elastomerteil ausgebildet sein.

Ist eine Gasführung in einem Elastomerteil ausgebildet, so kann man Rohmaterial für das Elastomerteil in einen von einer Form umschlossenen Hohlraum gießen, um dann zur Bildung des Elastomerteils das Rohmaterial auszuhär ten, während ein Paßstück, z.B. ein Stift oder ein Keil in dem Hohlraum verbleibt. Anschließend kann man eine Gasführung dadurch erhalten, daß man das Paßstück aus dem Elastomerteil entfernt.

Es ist auch möglich, mit Hilfe bekannter Gießverfahren auf dem Gebiet der Kunststofftechnik, z.B. mit Hilfe des Spritzgußverfahrens, das Elastomerteil herzustellen.

Im Rahmen der Erfindung werden vorzugsweise mehrere Form kerne verwendet (z.B. ein oberer Kern und ein unterer Kern), um ein Elastomerteil mit hoher Präzision zu fer tigen. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 5A bis 5C fungiert eine kreisscheibenförmige Bodenplatte 4 auch als Formoberteil.

Das Formseitenteil 3 umgibt einen Formhohlraum zur Bil dung eines Elastomerteils 5 in Verbindung mit dem Kern 2 und dem unteren Kern 92. Der Halter 1 hält den Kern 2, und der Halter 22 a hält den unteren Kern 92. Das Formsei tenteil 3, der Halter 1 und der Halter 22 a können aus Metall, Kunstharz oder dergleichen bestehen. Bevorzugt bestehen diese Teile jedoch aus einem solchen Material, welches eine gute Lösbarkeit in bezug auf das Elastomer teil 5 besitzt, z.B. Teflon, mit Kunstharzen wie Teflon oder dergleichen beschichtete Metall und ähnliches.

Bei der Erfindung gelangt ein in den Grenzbereich zwischen dem Elastomerteil 5 und dem Kern 2 durch die Poren in dem Kern 2 injiziertes Gas oder ein in den Grenzbereich zwischen dem Elastomerteil 5 und dem unteren Kern 92 durch die Gasführung 91 a injiziertes Gas in den Grenzbereich, um dort das Ablösen des Formteils von der Form zu bewirken. Als Gas kommt grundsätzlich jeder Stoff in Betracht, der bei einer Temperatur, bei der das Ablösen durchgeführt wird (üblicherweise Zimmertemperatur) einen gasförmigen Zustand einnimmt, ohne daß dieser Stoff besonderen Be schränkungen unterworfen wäre. Vorzugsweise wird aber Luft oder Stickstoff verwendet, da bei diesen Gasen kaum eine Reaktion mit dem Elastomerteil 5, dem Kern 2 und wei teren Teilen bei der zu erwartenden Temperatur eintreten wird.

Als Material für das Elastomerteil 5 kommen in Betracht: natürliche oder synthetische Polymermaterialien, die Ela stomere oder elastische Eigenschaften bei der Temperatur haben, bei der das optische Bauelement 7 verwendet wird. Außerdem kann man flüssiges Elastomermaterial herstellen, indem man Aluminiumseife (z.B. Aluminiumlaurat) in Wasser kohlenstoffen löst.

Als Material für das Elastomerteil 5 kommt dann, wenn das Elastomerteil ein Linsenteil oder ein Objektivteil werden soll, ein Material mit einer spektralen Durchlässig keit von 80% oder mehr bei einer Wellenlänge von 350 nm und einer spektralen Durchlässigkeit von 92% oder mehr in einem Bereich von 500 bis 700 nm in Betracht. Vorzugsweise besitzt das Material einen Elastizitätsmodul von 5×10² dyn/cm² (50 N/m²) oder mehr und von 1×10⁸ dyn/cm² (10⁷ N/m²) oder weniger. Wenn mehrere Stoffe mit einem Elastizitätsmodul in dem genannten Bereich ausgewählt werden (z.B. wenn zwei elastomere Schichten 51 und 52 ein laminiertes Elastomer teil 54 bilden) beträgt das Verhältnis des Elastizitäts moduls (E ₁) der Elastomerschicht 51 zu dem Elastizitäts modul (E ₂) der elastomeren Schicht 52 (das heißt: E ₁/E ₂) vorzugsweise 2 bis 10 000, wobei das Verhältnis abhängt von der Dicke der jeweiligen elastomeren Schichten.

Außerdem wird dann, wenn das erfindungsgemäß hergestellte optische Bauelement oder Bauteil als Linse oder Objektiv eingesetzt wird, ein Elastomerteil mit hoher Lichtdurch lässigkeit zumindest für die in Frage kommende Wellenlänge vorgesehen.

Beispiele für elastomere oder elastische Stoffe, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können, sind:.

a) Diengummi:
z.B. Dien-Polymere wie z.B. Butadien, Isopren und dergleichen; Dien-Vinyl-Copolymer wie z.B. Nitril gummi oder Acrylgummi.
b) Ethylen-Copolymer:
Beispielsweise Copolymere, die Ethylen und ein oder mehrere Verbindungen wie α-Olefin, Dien, mit polaren Gruppen monosubstituierte Vinylverbindungen (z.B. Acrylsäuren, Methacrylsäuren, Styrol, Vinylchlorid, Vinyläther), doppel-substituierte Vinylverbindungen (z.B. Maleinsäure) und dergleichen enthalten (die Kristallinität von Ethylen wird in diesen Ethylen- Copolymeren sehr stark reduziert oder praktisch be seitigt); und
c) Olefingummi:
Z.B. Polyisobuten, Polypropylen, Polyvinylchlorid (gemischt mit einer relativ großen Menge eines Pla stifizierers), Copolymere mit zwei oder mehr Monome ren, ausgewählt aus Acrylharz oder Acrylharzestern, sowie Copolymere mit zwei oder mehr Monomeren von Acrylharz-Derivaten (bei einem handelt es sich um Wasser oder um ein Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt).
d) weitere Gummis:
Beispielsweise Silikongummi (Dimethylsiliconpolymer, Diphenyl-Dimethylsiliconpolymer und dergleichen), so wie Phosphasen-Polymer.

Die oben angegebenen Elastomermaterialien können bei Be darf vernetzt sein. Der Elastizitätsmodul E kann geändert werden, indem man das Ausmaß der Vernetzung steuert. Die Vernetzung läßt sich mit Hilfe eines Vernetzungsmittels erreichen, z.B. mit Schwefel, Peroxiden und dergleichen.

Während, wie oben ausgeführt, für die Herstellung des Ela stomerteils 5 verschiedene Elastomere als Material in Be tracht kommen, sind Silikongummi, Ethylen-Propylen-Dien terpolymer und dergleichen besonders bevorzugt im Hinblick auf mechanische Eigenschaften, darunter der Elastizitätsmo dul und ähnliche Eigenschaften, und im Hinblick auf optische Eigenschaften wie Transparenz, Brechungsindex und dergleichen.

Die Dicke des Elastomerteils 5 entlang der optischen Achse h beträgt bei den oben angegebenen Stoffen für gewöhnlich 0,5 bis 50 mm, vorzugsweise 1,0 bis 30 mm, während sie gleich zeitig von dem Elastizitätsmodul E abhängt. Wenn das Ela stomerteil 5 eine laminare Struktur besitzt, entspricht die genannte Dicke der Gesamtdicke der einzelnen Elasto merschichten.

Das das Elastomerteil 5 aufnehmende Aperturteil 6 besitzt einen hohlen und bodenlosen Zylinder mit einer kreisschei benförmigen Öffnung 6 a in der Oberseite. Die Oberseite ist z.B. hergestellt aus einer Platte mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 10 mm.

Das Aperturteil 6 kann aus einem relativ starren Material bestehen, z.B. aus Metall, Eisen oder Kunstharz.

Außerdem ist das Aperturteil 6 vorzugsweise aus opakem Ma terial hergestellt.

Die kreisscheibenförmige Bodenplatte 4, die das Elastomer teil 5 zwischen sich und dem Aperturteil 6 sandwichartig einschließt, kann aus einem relativ starren, transparenten Material wie Glas, Kunstharz und dergleichen bestehen, und sie besitzt vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,1 bis 5 mm.

Das optische Bauelement 7 mit dem Elastomerteil 5, dem Aper turteil 6 und der Bodenplatte 4 kann z.B. gemäß Fig. 3 ins gesamt zylindrische Form aufweisen. Allerdings kann das optische Bauelement auch beispielsweise ein Elastomerteil in Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds mit einer Öff nung in Form eines rechtwinkligen Schlitzes in Gestalt eines rechtwinkligen Parallelepipeds aufweisen. Die schlitzförmige freiliegende Oberfläche eines solchen optischen Bauelements kann als zylindrische Linse, torische Linse und dergleichen fungieren.

Weiterhin kann die freiliegende Oberfläche 5 a des Elasto merteils 5 als reflektierende Fläche ausgebildet sein, z.B. dadurch, indem auf die freiliegende Oberfläche Metall auf gedampft wird. Bei einer solchen Ausführungsform muß das Material des Elastomerteils nicht transparent sein. Außer dem können Füllstoffe wie Metallpulver in dem Elastomer teil dispergiert sein.

Als nächstes soll ein Verfahren unter Verwendung des opti schen Bauelements 7 unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 9 näher erläutert werden, wobei das optische Bauelement 7 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des optischen Bauelements 7 im Anfangszustand, das heißt in einem Zustand, in dem das Elastomerteil 5 nicht verformt ist.

Wie Fig. 9 zeigt, läßt sich das Elastomerteil 5 verformen, indem man auf die Bodenplatte 4 einen Überdruck aufbringt, so daß sich die freiliegende Oberfläche 5 a des Elastomer teils 5 durch die Öffnung 6 a des Aperturteils 6 vorschiebt und dabei eine konvexe Linse bildet, deren Gestalt von dem aufgebrachten Druck abhängt. Durch Steuerung der Amplitude des auf das Elastomerteil 5 aufgebrachten Drucks läßt sich also die Gestalt der konvexen Linse der freiliegenden Ober fläche 5 a reversibel ändern, so daß mit dem optischen Bau element 7 eine gewünschte Brennweite erzielbar ist.

Legt man andererseits an das Elastomerteil 5 einen Unter druck an, so läßt sich dessen freiliegende Oberfläche 5 a reversibel zu einer veränderlichen konkaven Linse formen (diese Möglichkeit ist in der Zeichnung nicht dargestellt).

Die Art der Änderung der freiliegenden Oberfläche 5 a durch Verformung des Elastomerteils 5 läßt sich leicht analysie ren, z.B. nach dem Finit-Element-Verfahren mit Hilfe eines Strukturanalyse-Programms.

Die obige Beschreibung betrifft Ausführungsbeispiele in Verbindung mit optischen Bauelemente 7 und 7 a, wie sie in den Fig. 3 bzw. 6A gezeigt sind. Mit Hilfe des erfindungs gemäßen Verfahrens lassen sich aber auch andere Bauelemente herstellen. Beispiele für andere optische Bauelemente 7 a bis 7 j sind in den Fig. 10A bis 16C dargestellt, wobei die se Figuren jeweils Schnittansichten in Dickenrichtung der Elastomerteile zeigen.

Fig. 10A zeigt ein optisches Bauelement 7 b, in welchem ein einschichtiges Elastomerteil 5 mit einer flachen freilie genden Oberfläche 5 a sandwichartig eingeschlossen ist zwi schen einer kreisförmigen Aperturplatte 71 und einer kreis förmigen Bodenplatte 72. Diese Teile sind in einem Hohlzylin der 99 untergebracht. Fig. 10B zeigt einen Zustand, in wel chem die Aperturplatte 71 entlang einer optischen Achse h zur Druckbeaufschlagung des Elastomerteils 5 bewegt ist, wobei die freiliegende Oberfläche 5 a unter Bildung einer konvexen Linse vorsteht.

Fig. 11 zeigt ein optisches Bauelement 7 c, bei dem ein la miniertes Elastomerteil 54 mit flacher freiliegender Ober fläche 51 a anstelle des einschichtigen Elastomerteils 5 nach Fig. 10A verwendet ist. Bei diesem optischen Bauele ment 7 c, bei dem die Außenfläche des laminierten Elasto merteils 54 begrenzt ist durch die Fassung 99, wird das Verhältnis der Elastizitätsmoduli zwischen der ersten elasto meren Schicht 51 und der zweiten elastomeren Schicht 52 (E ₁/E ₂) vorzugsweise etwas erhöht auf etwa E ₁/E ₂=100, um das laminierte Elastomerteil 54 zu verformen, während die freiliegende Oberfläche 51 a in sphärischer Form gehal ten wird.

Fig. 12 zeigt ein optisches Bauelement 7 d, bei dem ein la miniertes Elastomerteil 54 sandwichartig zwischen einer Aperturplatte 71 und einer Bodenplatte 4 eingeschlossen ist. Bei dem Bauelement 7 d ist keine seitliche Fassung vor handen.

Im folgenden soll ein Beispiel für eine Strukturanalyse des obigen optischen Bauelements 7 d nach dem Finit-Element- Verfahren beschrieben werden.

Die Strukturanalyse erfolgt unter folgenden Maßgaben:

Die Elastizitätsmoduli der ersten bzw. der zweiten elasto meren Schicht 51, 52 betragen: E ₁=6×10⁵ (N/m²), E ₂= 1×10⁴ (N/m²) (E ₁/E ₂=60).

Die Poisson-Verhältnisse dieser elastomeren Schichten betra gen jeweils 0,47.

Entlang der optischen Achse h betragen die Dicken der Schich ten 51 und 52: t ₁=1 (mm), t ₂= 4 (mm).

Der Durchmesser d der Bodenfläche des stab- oder scheiben förmigen laminierten Elastomerteils 54 beträgt d=25 (mm).

Der Durchmesser 1 der kreisförmigen freiliegenden Oberfläche 51 a beträgt 1=20 (mm).

Die Form der freiliegenden Oberfläche 51 a sowie die Formen der ersten bzw. der zweiten elastomeren Schicht 51 bzw. 52 an der Grenze entsprechen jeweils einer sphärischen Ober fläche mit einem Krümmungsradius von 50 mm.

Wenn der Abstand Z zwischen der Aperturplatte 71 und der Bodenplatte 4 des in Fig. 12 gezeigten optischen Bauele ments 7 d um ein Stück Δ z verkürzt wird, wird die Art der Verformung der freiliegenden Oberfläche 51 a des laminier ten Elastomerteils 54 analysiert. Diese Analyse erfolgt entsprechend der Finit-Element-Methode unter Verwendung eines Strukturanalyse-Programms, wie es beschrieben ist in "Applied Finite-Element Analysis (geschrieben von Larry J. Segerlind, übersetzt von Tadahiko Kawai, veröffentlicht von Maruzen K.K.)".

Im Fall von Δ Z=0,4 mm bestimmt sich der Krümmungsradius der freiliegenden Oberfläche 51 a zu etwa 30,2 mm. Wird Δ Z im Bereich von 0-0,4 mm geändert, so bestimmt sich die Form der freiliegenden Oberfläche 51 a zu einem Wert eines Krümmungsradius im Bereich von 50-30,2 mm, während eine praktisch sphärische Oberfläche beibehalten wird. Eine Ab weichung der Gestalt der freiliegenden Oberfläche 1 a von einer sphärischen Fläche beträgt stets 10 µm oder weniger, entsprechend dem obigen Bereich von Δ Z=0-0,4 mm.

Im Hinblick auf die obigen Ergebnisse der Strukturanalyse läßt sich dann, wenn die freiliegende Oberfläche 51 a des optischen Bauelements 7 d als reflektierende Oberfläche (z.B. mit aufgedampftem Belag) verwendet wird, ein Änderungsbe trag der Brechkraft von 26 Diopter entsprechend einer Ände rung von Z von 0,4 mm erreichen. Andererseits wird dann, wenn die freiliegende Oberfläche 51 a als brechende Ober fläche verwendet wird, eine Änderung der Brechkraft von 6,6 Diopter erhalten, wenn die Brechungsindizes der ersten und der zweiten elastomeren Schicht jeweils 1,5 betragen.

Fig. 13 zeigt ein optisches Bauelement 7 e mit einem Elasto merteil 55, welches eine erste elastomere Schicht 51 (Ela stizitätsmodul E ₁), eine zweite elastomere Schicht 52 (Ela stizitätsmodul E ₂) und eine dritte elastomere Schicht 53 (Elastizitätsmodul E ₃) umfaßt, welche in der genannten Rei henfolge von der Oberseite her (der Seite der freiliegen den Oberfläche 51 a) entlang einer optischen Achse h lami niert sind. Außerdem sind mehrere Aperturplatten 71 und 72 vorgesehen. In dem optischen Bauelement 7 e muß die Be ziehung E ₁<E ₂ ebenso erfüllt sein wie E ₃<E ₂, jedoch kann E ₁ gleich oder verschieden von E ₃ sein. Außerdem ist zumindest eine der Aperturplatten 71 und 72 entlang der Seitenfassung 99 beweglich.

Fig. 14 zeigt ein optisches Bauelement 7 f mit einer Apertur platte 71, die an einer ersten und einer zweiten elastome ren Schicht eines Elastomerteils 54 haftet, so daß sie die Oberfläche der zweiten elastomeren Schicht 32 berührt.

Fig. 15 zeigt ein optisches Bauelement 7 g, bei dem ein stab förmiges laminiertes Elastomerteil 55 in einer zylindrischen Fassung 99 eingekapselt ist, welche ein piezoelektrisches Element aufweist. Durch Steuern einer an die seitliche Fas sung 99 angelegten Spannung läßt sich der Innendurchmesser der Fassung 99 ändern und dadurch das laminierte Elastomer teil 55 verformen.

Fig. 16A, 16B und 16C zeigen optische Bauelemente 7 h, 7 i bzw. 7 j, bei denen ein laminiertes Elastomerteil 54 in Ver bindung mit einer Bodenplatte 4 aus einem nichtelastischen Material und mit einer optisch wirksamen Oberfläche verwen det wird. Da das laminierte Elastomerteil 54 bei diesen optischen Bauelementen 7 h und 7 i eine relativ komplizier te Struktur aufweist, muß das Teil 54 mit besonderer Prä zision hergestellt werden, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erhalten.

Fig. 16A zeigt ein laminiertes Elastomerteil 54, das zwischen einer Aperturplatte 71 und der Bodenplatte 4 a aus transparen tem, nichtelastischem Material wie Glas, Kunstherz oder der gleichen sandwichartig eingeschlossen ist. Vorzugsweise wird eine erste elastomere Schicht 51 z.B. mit Hilfe eines Kleb stoffs an der Aperturplatte 71 befestigt.

Ein optisches Bauelement mit verschiedenen optischen Eigen schaften läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren her stellen, indem man die Bodenplatte 4 a in geeigneter Weise ändert, oder indem man die Form nach Wunsch kombiniert mit der Form des laminierten Elastomerteils 54. Zum Beispiel läßt sich zusätzlich zu dem optischen Bauelement 7 h nach Fig. 16A, das insgesamt die Form einer Meniskuslinse auf weist, ein optisches Bauelement 7 i in Form einer bikonvexen Linse (Fig. 16B) eines optischen Bauelements 7 j in Form ei ner bikonkaven Linse (Fig. 16C) und dergleichen herstellen.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen, bei denen ein Elasto merteil eine laminierte Struktur besitzt, werden mehrere Formkerne (z.B. der obere Kern 21 und der untere Kern 22 nach Fig. 6B) verwendet, wenn die erste elastomere Schicht 51 verwendet wird. Ziel dieser Maßnahme ist es, nicht nur eine Oberfläche auf der Seite der freiliegenden Oberfläche 51 a präzise zu formen, sondern auch eine andere Oberfläche der ersten elastomeren Schicht 51 mit relativ großem Elasti zitätsmodul, die der zweiten elastomeren Schicht 52 gegen überliegt.

Die Gestalt der ersten elastomeren Schicht 51 auf der Seite der freiliegenden Oberfläche 51 a muß mit hoher Genauigkeit gearbeitet sein, da sie großen Einfluß hat auf die optischen Eigenschaften. Manchmal reicht es allerdings im Hinblick auf die gewünschten optischen Eigenschaften aus, daß die Form der der zweiten elastomeren Schicht 52 zugewandten Seite der ersten elastomeren Schicht 51 mit etwas geringe rer Genauigkeit geformt ist (z.B. dann, wenn die Differenz der Brechungsindizes zwischen erster und zweiter elastome rer Schicht relativ gering ist).

Speziell dann, wenn die erste und die zweite elastomere Schicht 51, 52 aus einem ähnlichen Materialtyp mit nur einer geringen Elastizitätsmodul-Differenz bestehen (z.B. dann, wenn beide Schichten aus Silikongummi bestehen), ist die Differenz des Brechungsindizes zwischen der ersten und der zweiten elastomeren Schicht vernachlässigbar klein. Also wird in diesem Fall bei der Bildung der ersten elastomeren Schicht 51 in bezug auf deren Dicke oder in bezug auf die Form der der zweiten Schicht zugewandten Seite nur eine geringere Präzision gefordert. In diesem Fall läßt sich ein relativ einfaches Herstellungsverfahren ohne mehrere Formen (oder Kerne) anstelle des obigen ersten Schritts (das heißt für die Formung der ersten elastomeren Schicht 51) verwenden.

Derartig einfache Herstellungsverfahren können sein:

a) das Schleuder-Gießverfahren,
b) das Schleuder-Beschichtungsverfahren,
c) das Sprüh- oder Tauchverfahren und dergleichen.

Im folgenden sollen Gesichtspunkte bezüglich dieser Verfahren erläutert werden.

a) Schleuder-Gießverfahren

Zum Beispiel wird ein flüssiges Rohmaterial für eine erste elastomere Schicht 51 in eine eine vorbestimmte Gestalt aufweisende Form gegossen. Anschließend, wäh rend die Oberfläche des flüssigen Rohmaterials die ge wünschte Oberflächengestalt annimmt, wird das Rohmate rial ausgehärtet, z.B. durch Erwärmen, so daß die erste elastomere Schicht gebildet wird.

b) Schleuder-Beschichtungsverfahren

Zum Beispiel wird ein Rohmaterial für eine erste elasto mere Schicht 51, welches eine relativ große Viskosität besitzt, auf eine eine bestimmte Kontur aufweisende Form aufgebracht mit Hilfe eines Schleuder-Beschich ters, um eine Schicht gewünschter Dicke zu erhalten. Anschließend wird das Rohmaterial ausgehärtet, z.B. durch Erwärmen, um die erste elastomere Schicht 51 zu bilden.

c) Sprüh- oder Tauchverfahren

Es wird beispielsweise ein Rohstoff für eine erste ela stomere Schicht 51 zu einem Lack verarbeitet, der in der Lage ist, einen Film oder eine Schicht gleichmä ßiger Dicke zu bilden, und dann wird der Lack auf eine eine vorbestimmte Kontur aufweisende Form aufgebracht durch Sprühen oder durch Tauchen oder ähnliches, um so eine Schicht gewünschter Dicke zu bilden. Anschließend wird das Rohmaterial ausgehärtet, z.B. durch Erwärmen, um so die erste elastomere Schicht 51 zu bilden.

Nachdem die erste elastomere Schicht 51 durch eines der oben angegebenen Verfahren, z.B. mit Hilfe des Schleuder- Gießverfahrens, des Schleuder-Beschichtungsverfahrens oder des Sprüh- oder Tauchverfahrens, gebildet ist, kann die mit der ersten elastomeren Schicht 51 beschichtete Form so, wie sie ist, als ein unterer Kern 22 gemäß der Anord nung nach Fig. 6D verwendet werden. Dann kann man auf die erste elastomere Schicht 51 eine zweite elastomere Schicht 52 auflaminieren, ähnlich, wie es in Fig. 6D dargestellt ist, so daß man daraus das optische Bauelement 7 a bildet.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die als erstes gebildete erste elastomere Schicht 51 als Teil einer Form verwendet, und die zweite elastomere Schicht 52 wird auf die erste Schicht auflaminiert, indem die zwei te Schicht 52 direkt auf die erste Schicht 51 aufgebracht wird, um ein laminiertes Elastomerteil zu erhalten. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die zweite elastomere Schicht, z.B. durch ein geeignetes Gieß- oder Spritzverfahren, se parat von der ersten elastomeren Schicht auszubilden, um anschließend die zweite Schicht 52 der ersten Schicht 51 zu überlagern, um auf diese Weise das laminierte Elastomer teil zu erhalten.

Im folgenden sollen spezielle Beispiele für ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauelements variabler Brenn weite beschrieben werden.

Beispiel 1

Gemäß Fig. 17 wurde ein Halter 1 zur Einfassung eines Kerns hergenommen. Der Halter 1 besaß die Form eines Rotations körpers und enthielt eine Gasführung 1 a. Der Halter 1 be stand aus rostfreiem Stahl und hatte einen Außendurchmesser von 25 mm an der einem Elastomerteil 5 gegenüberliegenden Seite.

An dem Halter 1 wurde ein scheibenförmiger oder stabförmi ger Kern (Formkern) 2 mit einer Bodenfläche von 20 mm Durch messer befestigt. Diese Teile 1 und 2 wurden zu einem Kör per gebildet. Der Kern 2 bestand aus porösem Material Cor ning Vycor Glass 7930 (Porendurchmesser an der Formfläche: etwa 4 nm; hergestellt von Corning Glass Works), und er besaß eine konkave Formfläche mit einem Krümmungsradius von 50 mm.

Bei diesem Verfahrensschritt wurde ein Spalt 1 b an der Boden fläche (an der der Formfläche abgewandten Fläche) des Kerns 2 gebildet, um einen Weg für das Gas zu bilden.

Außerdem wurde gegenüber dem Kern 2 mit einem Abstand von 10 mm entlang der optischen Achse h eine kreisscheibenför mige Bodenplatte 4 aus transparentem Glas mit einer Dicke von 5 mm angeordnet.

Mit der Außenfläche des Halters 1 wurde ein hohlzylindrischer Formseitenteil 3 aus Teflon (Innendurchmesser 25 mm) in Be rührung gebracht. Der Formseitenteil 3 bestand aus zylindri schen Teflonrahmen 3 a und 3 b und konnte auseinander genom men werden. Der Teflonrahmen 3 a konnte entlang seinem Umfang in drei weitere Teile unterteilt werden.

Die aus Glas bestehende Bodenplatte 4 und der Teflonrahmen 3 a wurden in vertikaler Richtung in Fig. 7 eng miteinander verbunden, und zwar mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Gummi bands aus einem Material mit großem Elastizitätsmodul.

In die von dem Kern 2 (und auch dem Halter 1), der gläser nen Bodenplatte 4 und dem Formseitenteil 3 umfaßten Form hohlraum wurde Rohmaterial für ein Elastomerteil durch ei nen Einlaß 9 in dem Teflonrahmen 9 a eingegossen. Das Roh material bestand aus 10 Gewichtsteilen Silikongummi KE 104 Gel (hergestellt von Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) und 1 Ge wichtsteil Härter der Sorte Catalyst 104 (von der Firma Shinetsu Kogaku Kogyo K.K.).

Anschließend wurde das Rohmaterial ausgehärtet, indem es etwa 4 Stunden lang in einer Temperatur von 80°C gehalten wurde. Dadurch entstand eine scheibenförmige elastomere Schicht 5.

Dann wurde Luft (Druck: 7 kg/cm²) durch eine in dem Halter 1 gebildete Leitung 1 a eingeblasen, wobei die Luft durch die feinen Poren in dem porösen Korn 2 drang und zur Grenzschicht zwischen dem Kern 2 und dem ausgehärteten Elastomerteil 5 gelangte, so daß das Elastomerteil 5 von dem Kern 2 gelöst wurde und auf diesem schwamm.

Das Lösen erfolgte so, daß der aus rostfreiem Stahl bestehen de Halter 1 und der Teflonrahmen 3 b im Verein mit dem Kern 2 von dem Elastomerteil 5 gelöst wurde und weiterhin der Teflon rahmen 3 a (der in drei Teile auseinandernehmbar war) und die Bodenplatte 4 in enger Berührung mit dem Elastomerteil 5 blieben.

Dann wurde der Teflonrahmen 3 a von dem Elastomerteil 5 ge trennt, indem er in seine drei Teile zerlegt wurde, so daß das Elastomerteil 5 mit hochgenauer optischer Oberfläche und in Berührung stehend mit der gläsernen Bodenplatte 4 fertig war, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Elastomer teil 5 besaß auf der mit der Bodenplatte 4 in Berührung stehenden Seite eine Fläche mit einem Durchmesser von 25 mm und hatte eine Dicke von 10,0 mm entlang der optischen Ach se h. Das so hergestellte Elastomerteil 5 wurde mit der Bodenplatte 4 in einem Aperturglied 6 mit einer Öffnung 6 a eines Innendurchmessers von 20 mm untergebracht, so daß das in Fig. 3 gezeigte optische Bauelement veränderlicher Brennweite fertig war.

Auf einen Umfangsabschnitt (einen Abschnitt also, durch den kein Licht hindurchfiel) wurde eine nach oben gerich tete externe Kraft aufgebracht, durch die das Elastomer teil 5 entsprechend einer Unter-Druck-Setzung verformt wur de. Dadurch änderte sich der Krümmungsradius der freilie gende Oberfläche 5 a des Elastomerteils 5 reversibel und kontinuierlich von 50 mm (Anfangswert) auf 30 mm.

Beispiel 2

Gemäß Fig. 6B wurden ein stabförmiger oberer Kern 21, ein stabförmiger unterer Kern 22 und eine hohlzylindrische Sei tenform 3 in der oben beschriebenen Weise bereitgestellt.

Der aus Messing bestehende obere Kern 21 besaß eine mit Teflon beschichtete Formfläche (das heißt die mit der er sten elastomeren Schicht 51 in Berührung gelangende Ober fläche), und er besaß weiterhin einen als konvexe sphärische Fläche ausgebildeten Abschnitt (Krümmungsradius 50 mm, Durch messer 1 des konvexen Abschnitts: 20 mm). Der obere Kern 21 besaß stab- oder scheibenförmige Gestalt mit einem Durch messer d von 25 mm.

Andererseits besaß der stab- oder scheibenförmiger untere Kern 22 aus Messing einen konkaven sphärischen Abschnitt (Krümmungsradius 50 mm) an seiner Formfläche, und er besaß einen Durchmesser d von 25 mm. Das Seitenformteil 23, eben falls aus Messing, besaß einen Innendurchmesser von 25 mm.

Dann wurde separat ein Gemisch aus 100 Teilen Silikongummi (Handelsbezeichnung: KE 106, hergestellt von Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) und 100 Teilen eines Härters (Handelsbezeich nung: Catalyst RG, hergestellt von der Firma Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) durch Zusammenführen, Mischen und Entfetten un ter Vakuum hergestellt.

Das Gemisch wurde in einen Formhohlraum eingebracht, der umgeben von dem oberen Kern 21, dem unteren Kern 22 und dem Formseitenteil 23. Anschließend wurde das Gemisch aus gehärtet, indem es 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 65°C gehalten wurde. Dadurch entstand die erste elastomere Schicht 51, die einen Elastizitätsmodul E ₁ von etwa 1,2×10⁵ N/m² und eine Dicke t ₁ von 1 mm entlang der optischen Ach se h besaß.

Wie Fig. 6C zeigt, wurde der obere Kern 21 von der ausgehär teten ersten elastomeren Schicht 51 entfernt. Anschließend wurde gemäß Fig. 6D eine 3 mm dicke kreisförmige Bodenplat te 4 aus transparentem Glas mit einem Durchmesser k von 28 mm auf dem oberen Abschnitt (das heißt dem Abschnitt, von dem der obere Kern 21 fortgenommen worden war) des Form seitenteils 23 angeordnet, so daß die Bodenplatte 4 und die zuerst hergestellte erste elastomere Schicht 51 einen vorbestimmten Formhohlraum bildeten.

Separat wurde ein Gemisch aus 10 Gewichtsteilen Silikon gummi (KE 104 Gel der Firma Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) und 1 Teil eines Härtes (Catalyst 104 von Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) durch Zusammenfügen, Mischen und Entfetten unter Vakuum hergestellt.

Das Gemisch wurde in den von dem unteren Kern 22, dem Form seitenteil 23 und der Bodenplatte 4 umgebenen Formhohlraum eingebracht, und dann wurde das Gemisch ausgehärtet, indem es 72 Stunden lang bei 40°C stehengelassen wurde.

Es entstand eine transparente zweite elastomere Schicht 52 mit einem Elastizitätsmodul E ₂ von etwa 2×10³ N/m² und einer Dicke von 4 mm entlang der optischen Achse h. Die zweite Schicht 52 befand sich auf der ersten Schicht 51, so daß das laminierte elastomere Teil 54 fertiggestellt war.

Das Teil 54 wurde gemäß Fig. 6A in ein Gehäuse eingefaßt, wozu es in ein zylindrisches Aperturteil 6 mit einer einen Durchmesser von 20 mm aufweisenden Öffnung eingebracht wur de. Damit war das optische Bauelement 7 a fertiggestellt.

Bei dem optischen Bauelement 7 a wurde eine Formänderung der freiliegenden Oberfläche 51 a des Teils 54 gemessen, während die gläserne Bodenplatte 4 entlang der optischen Achse h bewegt wurde. Die Bewegung erfolgte zur Druckbe aufschlagung des Elastomerteils 54 um ein Stück von 0-0,4 mm entlang der Achse h. Als Folge davon veränderte sich die Form der freiliegenden Oberfläche 51 a des Teils 54 rever sibel und kontinuierlich, wobei die sphärische Oberfläche mit einem Krümmungsradius von 50-35 mm beibehalten wurde.

Beispiel 3

Es wurde ein ähnliches Silikongummigemisch für die erste elastomere Schicht hergestellt wie im Beispiel 2.

Das Gemisch wurde auf die Formfläche (eine konkave sphäri sche Fläche) des unteren Kerns 22 (wie im Beispiel 2) mit Hilfe eines Schleuderbeschichters aufgebracht. Anschließend wurde das Gemisch während 30 Minuten bei 150°C erhärtet, so daß eine erste elastomere Schicht 51 mit einer Dicke von 0,1 mm entlang der Achse h auf dem unteren Kern 22 ent stand.

Der untere Kern 22 wurde in dem Formseitenteil 23 gemäß Beispiel 2 angeordnet, wie es Fig. 6 zeigt. Anschließend wurde ein optisches Bauelement ähnlich wie im Beispiel 2 hergestellt.

Beispiel 4

Auf die Formfläche des unteren Kerns 22 gemäß Beispiel 2 wurde durch Tauchen ein Silikonharz (Handelsbezeichnung: Pergum Z von Dow Corning Co.) aufgebracht. Anschließend wurde der Silikonlack 20 Stunden lang bei 20°C ausgehärtet, wodurch eine erste elastomere Schicht 51 mit einer Dicke von 0,1 mm entlang einer optischen Achse h auf dem unteren Kern 22 gebildet wurde.

Dann wurde der untere Kern 22 wie im Beispiel 2 beschrie ben und in Fig. 6C gezeigt, in dem Formseitenteil 23 ange ordnet. Anschließend wurde wie im Beispiel 2 ein optisches Bauelement hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Silikon gummigemisch aus 100 Teilen Silikongummi (KE 104 Gel von Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) und 10 Teilen Härter (Catalyst 104 von Shinetsu Kagaku Kogyo K.K.) durch Zusammenführen, Mischen und Entfetten unter Vakuum hergestellt wurde und dieses Gemisch 72 Stunden lang bei 40°C ausgehärtet wurde.

Wie oben beschrieben, entsteht durch das erfindungsgemäße Verfahren ein hervorragendes optisches Formteil unter Ver wendung einer Form, und nach dem Herstellen des Formteils läßt sich dieses von der Form so ablösen, daß es gleichsam oberhalb der Form schwimmt. Aus diesem Formteil läßt sich ein optisches Bauteil bzw ein optisches Bauelement mit gu ten Eigenschaften herstellen.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß auf das optische Formteil keinerlei lokalisierte Kräfte einwirken, so daß eine unerwünschte Verformung oder Rißbildungen vermieden werden.

Selbst wenn das optische Formteil aus elastomerem oder ela stischem Material besteht, wie es die Erfindung vorschlägt, wird eine Verformung der optischen Fläche des optischen Formteils aufgrund von Wärmeausdehnung oder Schrumpfung oder durch Absorption von Ultraschall-Wellen, wie es beim Stand der Technik der Fall ist, vermieden, so daß sich das Formteil ruckfrei und sicher von der Form lösen läßt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines ein optisches Preßteil aufwei senden optischen Bauteils, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- In eine eine Formfläche aufweisende Form wird ein optisches Rohmaterial eingebracht, um ein optisches Preßteil zu for men und
- der Grenze zwischen dem optischen Preßteil und der Formflä che wird ein Gas zugeführt, um dadurch das optische Preß teil von der Form zu lösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das optische Preßteil ein Elastomermaterial aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Form ein porö ses Material enthält und das Gas der Grenze durch die Poren der Form hindurch zu geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Gasdurchlässig keit der Form 5×10⁸ mol/(cm² · cmHg · min) oder mehr bei einer Druckdifferenz von 5 kg/cm² oder mehr über der Form beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Gas von einer Bodenfläche der Form her zugeführt wird, die der Formfläche gegenüberliegt, und bei dem der Druck des Ga ses an der Bodenfläche 1 bis 20 kg/cm² beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem vor dem Einbringen des optischen Rohmaterials vorab ein Film auf der Form fläche angeordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Film eine Dicke von 0,1 bis 5,0 µm aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Film ein Polymer enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe Polyethylen, Polyimid, Polyacrylnitril und Polyvinyl idenchlorid.

9. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das der Grenze zuge führte Gas über eine Gasführung zugeleitet wird, die in der Form und/oder dem optischen Preßteil ausgebildet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Gas von einer der Formfläche gegenüberliegenden Bodenfläche der Form zugeführt wird, wobei der Gasdruck 1 bis 50 atm (50,5× 10⁵ Pa) an der Bodenfläche beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Gasdruck 5 bis 20 atm (5,05×10⁵ bis 20,2×10⁵ Pa) beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das optische Preß teil eine erste elastomere Schicht mit einem relativ großen Elastizitätsmodul und eine darauf angeordnete, zweite elastomere Schicht mit einem relativ kleinen Elastizitätsmodul aufweist.

13. Verfahren zum Herstellen eines optischen Bauteils, das ein laminiertes Elastomerteil aus mehreren, entlang einer optischen Achse angeordneten Elastomerschich ten unterschiedlicher Elastizitätsmoduli, sowie ein eine Öffnung aufweisendes Aperturteil, das mindestens eine der elastomeren Schichten kontaktiert, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste elastomere Schicht mit einem relativ großen Elastizitätsmodul geformt und dann auf dieser ersten elastomeren Schicht eine zweite elastomere Schicht mit einem relativ kleinen Elastizitätsmodul gebildet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das laminierte Elastomerteil durch folgende Schritte hergestellt wird:

- Formen einer ersten elastomeren Schicht zwischen zwei Formteilen,
- Trennen einer der zwei Formteile von der ersten ela stomeren Schicht, um eine Fläche der ersten elastome ren Schicht freizulegen,
- Auflaminieren der zweiten elastomeren Schicht auf der freiliegenden Fläche der ersten elastomeren Schicht, und
- Trennen des anderen Formteils, welches mit der ersten elastomeren Schicht in Berührung steht, von dieser elastomeren Schicht.

15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das laminierte Ela stomerteil durch folgende Schritte hergestellt wird:

- Aufbringen eines flüssigen Rohmaterials für die erste elastomere Schicht auf eine Formfläche einer Form, um dadurch eine Überzugsschicht aus dem Roh material zu bilden,
- Härten der Überzugsschicht, um die erste elastomere Schicht zu bilden,
- Auflaminieren einer zweiten elastomeren Schicht auf eine Oberfläche der ersten elastomeren Schicht, die der mit der Form in Berührung stehenden Oberfläche entgegengesetzt ist, und
- Trennen der Form von der ersten elastomeren Schicht.