DE1814393A1 - Kunststofflinse und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

COMBINE» OPTICAL INDUSTRIES LIMITED 1R 1 Λ ^ Q ^

Bath Road, Slough, Buckinghamshire, England.

Wiesbaden, den 11. Dezember 1968

Kunststofflinse und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf synthetische Kunststofflinsen, insbesondere relativ dicke Kunststofflinsen.

Linsen aus Kunststoff, zum Beispiel aus Polymethyl, Methacrylharz oder Polystrol werden normalerweise im Spritzgußverfahren hergestellt. Die Abkühlungszeit des abgegossenen Stückes bis zum Aushärten in der Form ist von dessen Stärke abhängig und wird allgemein durch

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die Gleichung t = c + a.. s angegeben, worin t die Abkühlungszeit, c und a Konstanten und s die maximale Stärke des Formteils aus Kunststoff bedeuten.

Allgemein kann gesagt werden, daß die benötigte Abkühlungszeit bis zum Aushärten bei einer Linsendicke von maximal 12,7 mm ungefähr 5 Minut-en und bei einer maximalen Linsendicke von 25, ^ mm ungefähr 20 bis 25 Minuten beträgt.

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Daraus geht hervor, daß bei der Herstellung von dicken Kunststofflinsen, das heißt von Linsen, die eine größere maximale Stärke als 12,7 mm aufweisen, der Kunststoff für relativ lange Zeit in den Gußformen verbleiben muß, und die Produktion so niedrig ist, daß die Linsen in <3er Herstellung entweder genau so teuer oder teurer als die gleichen aus Glas sind.

¥eiterhin treten bei der Abkühlung der abgegossenen Kunststofflinsen Schrumpfungen auf, die zwar bei dünnen Kunststofflinsen, das heißt bei Kunststofflinsen bis zu einer maximalen Stärke von 12,7 mm ob ihren geringen Ausmaßes noch toleriert werden können, da hier das Ausmaß der Schrumpfung relativ klein ist, während sie bei dicken Kunststofflinsen über 12,7 nun Stärke schon ein solches Ausmaß erreichen, daß sie nicht mehr toleriert werden können.

Aus diesen Gründen war es bisher schwierig und auch relativ teuer, dicke Kunststofflinsen im Spritzgußverfahren herzustellen.

Bei der Herstellung von Glaslinsen ist es bekannt, eine Linse aus mehreren dünnen Linsenkörpern, die normalerweise zusammengeklebt werden, zusammenzusetzen. Alle bisherigen Versuche, dicke Kunststofflinsen nach dieser Methode.herzustellen, brachten keine befriedigende Lösung.

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Der Erfindung liegt dl« Aufgabe zugrunde, diese Nachteil« s« rermeiden und eine Kunststofflinse zu sohaffen, die einfach und billig herzustellen ist und »us zwei oder mehreren dünneren Linsen zusammenzusetzen «lad.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelost, daß eine dicke Kunststofflinse aus eine« dünnen Grundlinsenteil alt einem äußeren Rand und einem zweiten zusätzlichen dünneren Linsenteil zusammengesetzt ist, welcher einen solchen Durchmesser besitzt, dafi er in den den Grundlineenkörper Uberragtacen laad so «4a§©g©St weirds» kann, um an dem GrBa41insenteil befestigt H@r<t©n zu kb'naen.

Durch die Erfindung wird der. im folgenden noch näher ««erläuternde Vorteil erzielt, dafi die maximale Stärke einer zusamaeagesetzten Kunststoffllase etea·· groß ist wie die einer einteiligen Llase mit deaselbea optischen ligenschaften. Jeder einzelne dttaae Lissenteil kaan aaoh der herkttmallohen Spritzmethede hergestellt werden. Der Grundlinsenteil ist aus einem Stück geformt, das heißt als eine Linse mit einem angegeseeaea äuieren Rand. Die dicke Linse wird ganz einfaoh so hergestellt, indem man den zusätzlichen Linsenteil in den äußeren Rand, der den Grundlinsenkörper überragt, einsetzt. Der zusätz-

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liehe Linsenteil, der keinen äußeren Rand aufweist, soll einen etwas größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des äußeren Randes des Grundlinsenteils aufweisen, damit es in den äußeren Rand des Grundlinsenteils eingeklemmt werden kann und beide Linsenteile fest zusammen halten. Normalerweise sind keine weiteren Befestigungsmittel nötig, um beide Linsenteile miteinander zu befestigen.

Durch . die erfindungsgemäße Herstellung von dicken Linsen aus einer Anzahl dünnerer Linsenteile wird bei dem Gießprozeß eine beachtliche Zeit gegenüber der Herstellung von dicken Linsen in einem einzigen Verfahrensschritt eingespart. Zum Beispiel kann eine dicke Kunststofflinse gemäß der Erfindung von 25.5 mm Stärke aus zwei dünneren Linsenteilen von 12,7 mm Stärke hergestellt werden, wobei jede für sich eine

benötigt Abkühlungszeit von nur 5 Minuten, während für eine einzelne 25,4 mm dicke Linse eine Abkühlungszeit von 20 bis 25 Minuten erforderlich ist.

Die Anzahl der einzelnen Linsenteile kann beliebig gewählt werden. So kann eine 25,4 mm starke Linse aus 2, 3 oder sogar mehr dünneren Linsenteilen bestehen. Die Form des äußeren Randes der Grundlinse wird durch die Anzahl und Stärke der zusätzlichen

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Linsenteile, die dieser aufnehmen muß, bestimmt. (Der Rand hat noch andere Aufgaben, die später beschrieben werden).

Es ist verständlich, daß je dünner ein Linsenteil ist umso kürzer die Herstellungszeit sein kann, jedoch je größer die Anzahl der Linsenteile ist, desto länger ist die Gesamtherstellungszeit. Diese beiden Faktoren

sind zu berücksichtigen, wenn man das Optimum der λ

Linsenteile einer zusammengesetzten Linse festlegen

Anhand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert.

Die Figuren 1-8 und 10 zeigen erfindungsgemäß zusammengesetzte Linsen im Grundriß. Figur 9 zeigt eine abgewandelte Form eines äußeren Randes des Grundlinsenteiles im Grundriß.

Ein Grundlinsenteil 1 weist einen äußeren Rand 10 auf, und weitere Linsenteile 2, 3, Ί und 5 sind mit ihren Rändern derart am Grundlinsenteil 1 gehaltert, daß sie in den Rand 10 eingepaßt sind.

Figur 1 zeigt die maximale Stärke der zusammengesetzten Linse und a, b und c zeigen die maximale Stärke der einzelnen Linsenteile 2, 1 und 3. Die Stärken a, b und

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c können alle gleich groß (und somit gleich s/3 sein) oder verschiedene Stärke aufweisen.

Die untere Fläche des Teilstückes 2 ist nach dem Ausführungsheispiel so geformt, daß sie mit der oberen Fläche des Teilstückes 1 zusammenpaßt, und desgleichen paßt die obere Fläche des Teilstückes 3 mit der unteren Fläche des Teilstückes 1 zusammen.

Das vorstehende Beispiel stellt eine besonders zweckmäßige Ausbildung des Erfindungsgedankens dar. Wenn mehr als zwei zusätzliche Linsenteile vorhanden sind, zum Beispiel gemäß Figur 3, so ist darauf zu achten, daß sich die Innen- und Außenkrümmungen der einander anfügenden Linsenteile überdecken, so daß sich die Linsenteile einander anfügen lassen.

Unter den im Vorstehenden umrissenen Voraussetzungen ist - wie bereits erwähnt-^ dieselbe maximale Stärke einer zusammengesetzten Kunststofflinse ebensogroß, wie die einer einteiligen Linse mit denselben optischen Eigenschaften.

Dabei ist es nicht wesentlich, daß die Linsenteile sich immer einander anfügen lassen, und die Erfindung betrifft auch zusammengesetzte Linsen, wie sie zum Beispiel in Figur 8 und 10 gezeigt sind.

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Alle zusätzlichen Linsenteile (eine oder mehrere) 2, 31 ^ und 5 können auf ein und derselben Seite des Grundlinsenteiles 1 angeordnet sein, so daGfes nicht nötig ist, daß der Rand 10 beidseitig den Grundlinsenteil 1 überragt. Dies ist in den Figuren 5» 6, 71 8 und 10 dargestellt. Jedoch soll der Rand 10 so ausgebildet sein, daß ein leichtes Handhaben der "Linse möglich ist. A

Manchmal ist bei zusammengesetzten Linsen ein Luftspalt zwischen zwei Seillinsen erforderlich. Dieser kann bei den erfindungsgemäß hergestellten Linsen dadurch erreicht werden, daß am Rand eines zusätzlichen Linsenteiles Ansätze vorgesehen sind. Dies ist in den Figuren 2 und 10 beispielsweise dargestellt. Die Figuren 2 d und 2 θ verdeutlichen die Stärke des Luftspaltes zwischen den Teillinsen 2 und 1 beziehungsweise 3 und 1. Der Ansatz 11 kann sowohl aus einem Λ einteiligen Ring als auch aus mehreren einzelnen Ansätzen, die verteilt am Rand einer Teillinse sitzen, gebildet sein.

Es ist auch möglich, daß eine oder mehrere der Teillinsen pljtnparallele Oberflächen besitzen, wie zum Beispiel in Figur h dargestellt, in der die Grundteillinse 1 planparallele Linsenflächen aufweist.

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Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankene ist es auch möglich, die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Linsen dadurch zu verändern, daß «an die Beschaffenheit der Teillinsen verändert. So können zum Beispiel achromatische Linsen durch geeignete Auswahl des Kunststoffes (insbesondere bezüglich seines Brechungsindex) und zweckmäßige Zusammenstellung der Teillinsen hergestellt werden. So können zum Beispiel gemäß Figur 3 eine oder mehrere Teillinsen aus einem Material mit einem bezüglich der anderen Teillinsen unterschiedlichen Brechungsindex bestehen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Linsen können bikonvex (Figur 1-5 und 8), bikonkav (Figur 7) oder konkav-konvex (Figur 6) sein.

Der äußere Rand der Grundteillinse kann einseitig (wie in Figur 5, 6 und 7) odexfbeidseitig (wie in den Figuren 1 - k) den Grundlinsenkörper überragen. Der Rand 10 kann ein einstüctiger Ring sein, der die Grundlinse umgibt und an dieser angegossen ist. Oder es kann auch ein unterbrochener Ring vorgesehen «ein, er muß nur genügend Halt geben, um die zusätzlichen Teillinsen gegenüber dem Grundlinsenteil zu fixieren.

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Der in den Figuren 1-9 dargestellte Rand 10 besteht aus parallelen Seiten, er kann aber auch in irgendeiner anderen geeigneten Weise ausgebildet sein, zum Beispiel mit nichtparalleleft Seiten, vie in Figur 10 dargestellt ist.

Die Innenwandung des Randteiles kann parallel zur optischen Achse der Linse oder in irgendeiner anderen Richtung zu dieser Achse verlaufen, wobei die zusätzlichen Teillinsen dementsprechend gehaltert sind.

Die Dicke des Verbindungsteiles des Grundlinsenteiles mit dem Rand muß so groß sein, daß die zusammengesetzte ,'Linse einen genügenden Halt aufweist.

Allgemein kann jedoch gesagt werden, daß die kleinste Stärke dieses Teils der Teillinse durch das Spritzgußverfahren vorgegeben ist, zumal die Abmessungen der Spritzgußform so sein müssen, daß der .'-Kunststoff im flüssigen Zustand die Form voll ausfüllen kann, (da der Füllungsgrad der Form abhängig von der Zähigkeit des flüssigen Kunststof"es und damit auch von den Abmessungen der Form selbst ist).

Es ist oft vorteilhaft, daß der Randteil weiter überragt als es nötig ist, um nur die zusätzlichen

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Teillinsen zu haltern. Die überstehenden Enden des Randes werden dann dazu benutzt, um die zusammengesetzte Linse als Ganzes in eine bestimmte Lage zu irgendeinem Objekt zu bringen. Zum Beispiel kann man nach Figur 9 das überragende Ende des Randes mit einem Ansatz 12 versehen, um die zusammengesetzte Linse leicht an ein Objekt anzubringen. Andererseits kann dadurch die Linse derart mit einer Seite an ein Schutz-A glas und mit der anderen S_eite an einen Reflektor, der eine Lichtquelle besitzt, befestigt werden, daß sich eine einheitliche Linsenscheinwerfer-Konstruktion ergibt.

Die Linse nach der Erfindung kann zum Beispiel im Spritzgußverfahren so hergestellt werden, daß das Grundlinsenteil einen angegossenen äußeren Rand aufweist und die zusätzlichen Teillinsen durch Einklemmen in diesen Rand an dem Grundlinsenteil

W haften. Andererseits kann die Linse nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auch so hergestellt werden, daß zuerst ein Linsenteil abgegossen wird und die anderen Linsenteile nach Erkalten der vorangegangenen abgegossenen Linsenteile nach und nach direkt angegossen werden.

Gemäß einem Beispiel sei ein erstes Linsenteil abgegossen, erkaltet und in eine geeignete Form eingesetzt und ein zweites Linsenteil angegossen worden. In dieses

Falle ist es erforderlich, daß der Kunststoff, der für 909827/ 1376

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den zweiten Lineenteil benutzt wird, einen tieferen Schmelzpunkt als der Kunststoff hat, der für den ersten Teil benutzt wurde, da sonst das Material de* ersten Linsenteiles erweichen und die Form der Linae sich verändern würde.

Di· Linsen naoh der Erfindung können bikonkav, bikonvex oder konkav-konvex (meniskus) sein.

Die Erfindung ist vorzugsweise bei der Herstellung von zusammengesetzten Linsen von 12,7 mm Stärke und darüber mit besonderem Vorteil anwendbar, aber auch zusammengesetzte Linsen geringerer Stärke können danach hergestellt werden.

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Claims (1)

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PATENTANSPRÜCHE

1. Dicke Kunststofflinse, dadurch gekennze ichnet, daß sie einen dünnen Grundlinsenteil mit einem angegossenen äußeren, den Linsenkörper tiberragenden Rand (10) und wenigstens einen zusätzlichen dünnen Linsenteil aufweist, der in den überragenden Rand des Grundlinsenteils paßt und in diesen eingesetzt ist.

2. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß wenigstens bei einem der aufeinanderfolgenden Linsenteile die Innen- und Außenkrümmungen der aufeinanderfolgenden Linsenfläche gleich sind, so daß beide Linsenflächen sich aneinander fügen.

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3. Linse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der zusätzlichen Linsenteile mit einem oder mehreren, am Rand befindlichen Ansätzen versehen ist, die auf der benachbarten Fläche des nächsten Linsenteiis ruhen und als Abstandshalter zwischen den beiden Linsenteilen dienen.

h. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis >, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz am Rand der Teillinse einstückig ist.

5. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Linsenkörper überragende Rand unterbrochen ausgebildet ist.

6. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn ze ich η et, daß der Rand (IQ) den Linsenkörper des Grundiinsenteils (i) beidseitig überragt.

7. Linse nach Anspruch 6, dadurch g e kennze ich η et, daß wenigstens ein zusätzlicher Linsenteil (2, 3) auf jeder Seite des Grundlinsenteils (i) angeordnet ist. (Fig. 1)

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B. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlinse (l) parallele Flächen hat. (Fig. 4)

9. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß sie achromatisch ist, wobei zwei oder mehrere Linsenteile aus Kunststoff unterschiedlichen Brechungsindiceeskoeffizienten bestehen.

10. Verfahren zur Herstellung von dicken Kunststofflinsen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Linsenteil an den vorhergehenden Grundlinsenteil angegossen wird und bei welchem eines dieser Linsenteile einen äußeren angegossenen Rand aufweist, der als Klemmsitz für die anderen zusätzlichen Linsenteiie dient; wobei das Material der Linsenteile, die auf die vorhergehenden Linsenteile aufgegossen werden, immer einen tieferen Schmelzpunkt als das Material des vorhergehenden Linsenteils aufweisen.

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