DE19814045A1 - Verfahren zur Herstellung von Zylinder-Mikrooptiken mit der Diamantschleiftechnik - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Zylinder-Mikrooptiken mit der DiamantschleiftechnikInfo
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer asphärischen, plan-konvexen Mikro-Zylinderlinse, bei dem ein Materialrohling aus strahlungstransparentem Material in einer Halteeinrichtung auf seiner freien Außenfläche durch Relativ-Bewegung zwischen einem spanabhebenden Werkzeug und dem Materialrohling spanabhebend bearbeitet wird mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines quaderförmigen Materialrohlings, der mindestens eine optisch polierte Oberfläche aufweist; Halten des Materialrohlings in einer Halteeinrichtung derart, daß die optisch polierte Oberfläche mit einer Anlagefläche der Halteeinrichtung durch Krafteinwirkung in Kontakt steht; Spanabhebende Bearbeitung des Materialrohlings mittels planem Diamantschleifwerkzeug, wobei diese Schleiffläche parallel zur Linsenlängsachse bewegt wird, wobei zunächst eine Grobbearbeitung mit einem Schleifwerkzeug grober Körnung durchgeführt wird, an die sich ein Schlichtvorgang mit einem feinkörnigen Schleifwerkzeug anschließt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer asphärischen, plan-konve
xen Mikro-Zylinderlinse, bei dem ein Materialrohling aus strahlungstransparentem
Material in einer Halteeinrichtung auf seiner freien Außenfläche durch Relativ-Bewe
gung zwischen einem spanabhebenden Werkzeug und dem Materialrohling spanab
hebend bearbeitet wird.
Zur Kollimation von Laserstrahlung werden Linsen, d. h. transmissive Optiken, einge
setzt, um ein divergierendes Strahlungsbündel zu kollimieren. In bestimmten opti
schen Anwendungsfällen werden hierzu Zylinderlinsen verwendet. Solche Zylinder
linsen finden darüberhinaus ihre besondere Anwendung in Verbindung mit Hochlei
stungs-Laserdioden, um den in einer Richtung stark divergierenden Strahl zu einem
parallelen Strahl zu bündeln. Aufgrund der geringen Baugröße werden die dort ein
gesetzten Zylinderlinsen auch als Mikro-Zylinderlinsen bezeichnet.
Zur Herstellung solcher Zylinderlinsen, insbesondere solcher Mikro-Zylinderlinsen,
sind verschiedene Technologien bekannt; hierzu zählen Preßverfahren, Spritzver
fahren, Drehverfahren, oder sie werden durch verschiedene Ziehprozesse
hergestellt.
Bei den bekannten Preßverfahren werden zur Herstellung einzelner Linsen Negativ
formen verwendet, deren Fertigung sehr zeitaufwendig und teuer ist. Solche
Negativformen, die sehr präzise hergestellt werden müssen, werden z. B. durch ein
Erodierverfahren in einem Material-Rohling erodiert. Anschließend muß die Oberflä
che der Form oder der Formen auf optische Qualität poliert werden. Dieser Arbeits
schritt erfordert, insbesondere im Hinblick auf Mikro-Zylinderlinsen, kleinste Polier
köpfe, die durch das Gesenk geführt werden und nur punktuell geringe Material-
Mengen abtragen können, wodurch das Verfahren sehr zeitaufwendig ist, um eine
Endform mit den erforderlichen optischen Qualitätsanforderungen zu erstellen. Wei
terhin wird die Poliergüte bei Formen für Zylinderlinsen durch den fehlenden Auslauf
in der Negativform an den Linsenenden erschwert bzw. eine verminderte Güte er
reicht, wodurch die Güte der Enden der in solchen Formen gespritzten Zylinderlin
sen beeinträchtigt wird. Üblicherweise werden in solche Gesenke bzw. Negativfor
men Glasrohlinge gepreßt, die zuvor in der gewünschten Abmessung angefertigt
worden sind.
Die bekannten Spritzverfahren zeigen die gleichen Nachteile bezüglich der Werk
zeugherstellung, die vorstehend im Rahmen des Preßverfahrens beschrieben wur
den. Die Spritzverfahren zeichnen sich allerdings dadurch aus, daß Materialien ge
spritzt werden, zum Beispiel Kunststoffe, die relativ niedrige Verfahrenstemperaturen
erfordern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Linsen, die z. B. aus Kunststoff ge
spritzt werden, Schlieren und unter Umständen eine Inhomogenität des Brechungs
index aufgrund unterschiedlicher Polymerisation des Materials aufweisen.
Die bekannten Ziehverfahren zur Herstellung von Zylinderlinsen gehen von einer
maßstäblich vergrößerten Linse aus, die aufgrund ihrer größeren Abmessungen
leichter zu handhaben und dadurch leichter herstellbar ist. Durch einen Ziehvorgang
wird die Vorform auf die gewünschten Mikroabmessungen reduziert. In der Praxis
zeigen sich jedoch wesentliche Mängel des Verfahrens, da die Oberflächen der auf
die Mikromaße gezogenen Vorformen meist rauh und wellig sind. Ursache hierfür
können die durch den thermischen Prozeß bedingten hohen Oberflächenspannun
gen sein, die während des Ziehvorgangs nicht zu vermeiden sind. Desweiteren ist
die Formgenauigkeit nicht in der geforderten Präzision gegeben. Weiterhin zeigen
sich durch den Erstarrungsvorgang des gezogenen Teils Spannungsprofile, die die
optische Abbildungsgüte der Linse nachteilig beeinflussen können.
Da die nach den vorstehend angegebenen Verfahren hergestellten Mikro-Linsen in
vielen Fällen starke Linsenfehler aufweisen, ist es bekannt, zur Korrektur der Lin
senfehler Gitterstrukturen auf die endbearbeitete Linsenoberfläche aufzubringen, um
durch die beugende Wirkung dieser Strukturen die Linsen optisch zu korrigieren. Es
ist ersichtlich, daß solche Korrekturen in jedem Fall Verluste mit sich bringen und die
Abbildungsqualität solcher transmissiven Optiken benachteiligen. Darüberhinaus be
lasten solche zusätzlichen, korrigierenden Verfahrensschritte das Endprodukt mit
zusätzlichen Kosten.
In der DE-C1 43 44 271 sind eine Vorform, aus der Zylinderlinsen, insbesondere Mi
kro-Zylinderlinsen, herstellbar sind, ein Verfahren zur Herstellung solcher Zylinder
linsen unter Bildung solcher Vorformen sowie die Verwendung der nach den Verfah
ren hergestellten Zylinderlinsen bekannt. In dieser Druckschrift wird jeweils, und
zwar in unterschiedlichen Verfahrensweisen, eine kreisförmige Negativ- oder Posi
tivform hergestellt, die auf einer Ultrapräzisionsdrehmaschine unter ständigem Ro
tieren mit hoher Geschwindigkeit gefertigt werden kann. Es wird damit ein positiver
Kreisring oder ein Kreisringabschnitt erhalten - in Bezug auf die Negativform wird
ein entsprechender Kreisring darin gegossen oder aus einer solchen Vorform extru
diert -, die einem Vielfachen der Länge einer herzustellenden Zylinderlinse entspre
chen. Von einem solchen Kreisring oder einem Kreisringsegment werden dann die
Einzel-Zylinder abgeteilt. Diese Linsenteile können dann auf einem Träger aufge
klebt werden, um so die Biegung auszugleichen. Die einzelnen Mikro-Zylinderlinsen
haben bereits im Rahmen der Herstellung des Kreisrings oder Kreisringsegments als
Vorform ihre endgültige Querschnittskontur. In Bezug auf solche Herstellverfahren
ist es demnach erforderlich, die jeweiligen Mikro-Zylinderlinsen, die von dem Kreis
ring oder den Kreisringsegmenten abgetrennt sind, auf einem Träger mittels Klebe
mittel aufzubringen.
Ausgehend von dem eingangs angegebenen Stand der Technik liegt der Erfindung
nun die Aufgabe zugrunde, eine Mikro-Zylinderlinse mit hoher optischer Abbildungs
qualität und hoher thermischer Beständigkeit herzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von dem eingangs angegebenen Verfahren,
durch die folgenden Verfahrensschritte:
Bereitstellen eines quaderförmigen Materialrohlings, der mindestens eine optisch polierte Oberfläche aufweist;
Halten des Materialrohlings in einer Halteeinrichtung derart, daß die optisch polierte Oberfläche mit einer Anlagefläche der Halteeinrichtung durch Krafteinwirkung in Kontakt steht;
Spanabhebende Bearbeitung des Materialrohlings mittels planem Diamantschleif werkzeug, wobei die Schleiffläche parallel zur Linsenlängsachse bewegt wird, wobei zunächst eine Grobbearbeitung mit einem Schleifwerkzeug grober Körnung durch geführt wird, an die sich ein Schlichtvorgang mit einem feinkörnigen Schleifwerkzeug anschließt.
Bereitstellen eines quaderförmigen Materialrohlings, der mindestens eine optisch polierte Oberfläche aufweist;
Halten des Materialrohlings in einer Halteeinrichtung derart, daß die optisch polierte Oberfläche mit einer Anlagefläche der Halteeinrichtung durch Krafteinwirkung in Kontakt steht;
Spanabhebende Bearbeitung des Materialrohlings mittels planem Diamantschleif werkzeug, wobei die Schleiffläche parallel zur Linsenlängsachse bewegt wird, wobei zunächst eine Grobbearbeitung mit einem Schleifwerkzeug grober Körnung durch geführt wird, an die sich ein Schlichtvorgang mit einem feinkörnigen Schleifwerkzeug anschließt.
Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Rohlinge, die gemäß dem vorstehend angegebenen Verfahren eingesetzt wer
den, sind quaderförmig und vorzugsweise aus einem plattenförmigen Ausgangsma
terial zugeschnitten und auf der optischen Eintrittsseite poliert. Typische Abmessun
gen solcher quaderförmigen Rohlinge liegen bei 12 mm × 1 × 1,2 mm. Die Eintritts
fläche bzw. Eintrittsseite hat hierbei typischerweise eine Fläche von 12 mm × 1 mm,
wobei sich die Breite von 12 mm aus einer Laserdiodenbreite eines (linearen) Laser
diodenarrays von ca. 10 mm und einer geeignet geformten Halterungsmöglichkeit an
den Rändern der Linse ergibt. Mit dem beschriebenen Verfahren sind Linsen beliebi
ger Dicke und mit Höhen von 0,5 bis mehreren Zentimetern herstellbar.
Zum Einsatz kommende Materialien sind insbesondere hochbrechende Gläser, wie
das Glas der Firma Schott mit der Bezeichnung LaFN21, oder Halbleitermaterialien,
wie bevorzugt Galliumphosphit.
Während der Bearbeitung des Materialrohlings wird bevorzugt eine Halterung einge
setzt, die mit Vakkuumkräften, d. h. mittels Druckkräften durch Erzeugen eines
Unterdrucks, unterstützt sein kann. Eine solche Halterung faßt die Linse an der
12 mm langen Kante ein. Ähnlich einem Mikroschraubstock wird mittels eines Feder
stahlblechs die Linse bzw. der Rohling dann an einen 12 mm langen Anschlag ge
preßt. Der Kontakt der unten liegenden, optisch polierten Rohlingfläche mit der Hal
tefläche wird durch die Lage der durch die Feder aufgebrachten Kraftwirkungslinie
gewährleistet.
Eine 14 mm breite Schleifscheibe kann dann in der Ebene senkrecht zur Linsen
längsachse verfahren werden. Die Schleifscheibe ist zuvor ausgerichtet, so daß sich
eine definierte, optimal gerade Kontaktlinie zwischen Schleifscheibe und Linse bil
den kann. Mittels eines sogenannten Toolpath Generators kann die als Funktion
vorliegende Oberflächenkontur der Asphäre in einen Steuerdatensatz über die NC-
Schleifmaschine konvertiert werden. Die Eingriffslinie fährt dann beim Bearbeitungs
prozeß die gewünschte Kontur ab und erzeugt somit auf dem Glasrohling die asphä
rische Linsenoberfläche.
Für die Diamantbearbeitung werden vorzugsweise zwei unterschiedliche Schleifpro
zesse angewandt. Die Vorarbeitung wird mit einer Schleifscheibe grober Spezifikati
on durchgeführt. Zur Reduktion der beim Bearbeitungsprozeß induzierten Spannung
wird mehrmals mit geringer Zustellung und optimierten Prozeßparametern abgetra
gen. Nach Abschluß des sogenannten Schruppvorgangs hat die Linse bereits eine
asphärische Kontur erhalten. Die optische Oberflächengüte wird dann durch einen
Schlichtvorgang erzielt. Dazu wird eine feinkörnige Schlichtscheibe verwendet. In
diesem Bearbeitungsprozeß wird ein gleichmäßiger Span abgetragen und eine sehr
geringe Oberflächenrauhigkeit, die höchstens ca. Ra = 10 nm beträgt,
erzielt.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung einer asphärischen, plan-konvexen Mikro-Zylinderlinse,
bei dem ein Materialrohling aus strahlungstransparentem Material in einer Halte
einrichtung auf seiner freien Außenfläche durch Relativ-Bewegung zwischen einem
spanabhebenden Werkzeug und dem Materialrohling spanabhebend bearbeitet
wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Bereitstellen eines quaderförmigen Materialrohlings, der mindestens eine optisch polierte Oberfläche aufweist;
Halten des Materialrohlings in einer Halteeinrichtung derart, daß die optisch polier te Oberfläche mit einer Anlagefläche der Halteeinrichtung durch Krafteinwirkung in Kontakt steht;
Spanabhebende Bearbeitung des Materialrohlings mittels planem Diamantschleif werkzeug, wobei diese Schleiffläche parallel zur Linsenlängsachse bewegt wird, wobei zunächst eine Grobbearbeitung mit einem Schleifwerkzeug grober Körnung durchgeführt wird, an die sich ein Schlichtvorgang mit einem feinkörnigen Schleif werkzeug anschließt.
Bereitstellen eines quaderförmigen Materialrohlings, der mindestens eine optisch polierte Oberfläche aufweist;
Halten des Materialrohlings in einer Halteeinrichtung derart, daß die optisch polier te Oberfläche mit einer Anlagefläche der Halteeinrichtung durch Krafteinwirkung in Kontakt steht;
Spanabhebende Bearbeitung des Materialrohlings mittels planem Diamantschleif werkzeug, wobei diese Schleiffläche parallel zur Linsenlängsachse bewegt wird, wobei zunächst eine Grobbearbeitung mit einem Schleifwerkzeug grober Körnung durchgeführt wird, an die sich ein Schlichtvorgang mit einem feinkörnigen Schleif werkzeug anschließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der quaderförmige Ma
terialrohling aus plattenförmigem Ausgangsmaterial zugeschnitten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Seite des plattenförmigen Ausgangsmaterials poliert wird, die die optisch polierte
Oberfläche des quaderförmigen Materialrohlings bildet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halten des Materialrohlings durch Erzeugen eines Unterdrucks unterstützt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halten des Materialrohlings mittels Federkraft bewirkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Feder
stahlblechs die optisch polierte Oberfläche des Materialrohlings an die Anlageflä
che der Halteeinrichtung angepreßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grobbearbeitung in
mehreren Stufen mit geringem Vorschub von Stufe zu Stufe spanabhebend durch
geführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches feinkörni
ges Schleifwerkzeug für den Schlichtvorgang benutzt wird, um eine Oberflächen
rauhigkeit von besser als Ra = 10 nm sicherzustellen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spanabhebende Be
arbeitung mit einer NC-Schleifmaschine durchgeführt wird, in der die als Funktion
vorliegende Oberflächenkontur der Asphäre in einen Steuerdatensatz konvertiert
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998114045 DE19814045A1 (de) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Verfahren zur Herstellung von Zylinder-Mikrooptiken mit der Diamantschleiftechnik |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998114045 DE19814045A1 (de) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Verfahren zur Herstellung von Zylinder-Mikrooptiken mit der Diamantschleiftechnik |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19814045A1 true DE19814045A1 (de) | 1999-10-14 |
Family
ID=7862874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998114045 Ceased DE19814045A1 (de) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Verfahren zur Herstellung von Zylinder-Mikrooptiken mit der Diamantschleiftechnik |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19814045A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112192364A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 梁云招 | 一种玻璃圆片打磨装置 |
US20220179389A1 (en) * | 2019-12-25 | 2022-06-09 | Soochow University | Method for numerical control milling, forming and polishing of large-diameter aspheric lens |
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JPS606338A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 研磨装置 |
JPH03294163A (ja) * | 1990-04-09 | 1991-12-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 曲面加工装置 |
-
1998
- 1998-03-31 DE DE1998114045 patent/DE19814045A1/de not_active Ceased
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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