DE19936940A1 - Optisches Element und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Optisches Element und Verfahren zu seiner Herstellung

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Abstract

Optische Elemente werden heute aus Glas oder alternativ aus Kunststoff hergestellt. Optische Elemente aus Kunststoff haben den Nachteil, daß ihre Oberfläche nicht ausreichend kratzfest ist oder daß sie durch ein aufwendiges Schleifverfahren aus relativ kratzfesten speziellen Kunststoffen geformt werden müssen. DOLLAR A Durch die Erfindung gelingt es, ein optisches Element mit einem entsprechend der gewünschten optischen Wirkung geformten Kunststoffkörper zu schaffen, das einfach herzustellen ist und dessen Oberfläche kratzfest ist, indem der Kunststoffkörper zwischen zwei dünnen, elastischen Glasscheiben eingebettet ist und als Verbundkörper im Wege des Spritzgießens geformt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Element mit einem entsprechend der gewünschten optischen Wirkung geformten Kunststoffkörper.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Elementes.
Optische Elemente werden heute aus Glas oder alternativ aus Kunststoff hergestellt. Speziell in Bereichen, in denen ein geringes Gewicht der optischen Elemente wichtig ist, z. B. bei Brillengläsern, werden heute zunehmend Kunststoffe eingesetzt. Dabei ist es wichtig, einen Kunststoff einzusetzen, der sehr gute optische Eigenschaften besitzt, um eine Verfälschung der Abbildung, vor allem in den Randbereichen, zu vermeiden. Polycarbonat beispielsweise wird trotz seiner guten mechanischen Eigenschaften aus optischen Gründen nur in Randbereichen, z. B. Kinderbrillen in den USA, eingesetzt, bei denen es auf extrem hohe Bruchsicherheit ankommt.
Es sind zwar Kunststoffe mit besseren Oberflächeneigenschaften und optischen Konstanten (z. B. CR39) bekannt, jedoch sind diese oft nicht thermoplastisch, so daß die Formgebung zu optischen Elementen heute noch durch Schleifen zumindest einer Oberfläche vorgenommen werden muß, was eine aufwendige Fertigung bedingt.
Kunststoffe mit geeigneten optischen Eigenschaften und die gleichzeitig thermoplastisch verformbar sind, sind beispielsweise Cyclo-Olefin-Copolymere (COC), die aber eine sehr hohe Kratzempfindlichkeit aufweisen. Deshalb wird die Oberfläche dieser optischen Elemente mit einer sogenannten Kratzschutzschicht versehen. Diese Schichten sind aber meist organische Schichten, die einen gewissen Anteil an SiO2 aufweisen, und somit eine leicht verbesserte Härte als Kunststoff aufweisen. Einen wirklich effektiven Kratzschutz bieten diese Schichten jedoch nicht, da ihre Schichtdicke, die im Bereich von 1-5 Mikrometer liegt, zu gering ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete optische Element so auszubilden bzw. das zugehörige Verfahren zu seiner Herstellung so zu führen, daß auf einfache Weise ein optisches Element auf Kunststoffbasis mit kratzfester Oberfläche herstellbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt für das optische Element mit einem entsprechend der gewünschten optischen Wirkung geformten Kunststoffkörper gemäß der Erfindung dadurch, daß der Kunststoffkörper zwischen zwei dünnen, elastischen Glasscheiben eingebettet ist und als Verbundkörper im Wege des Spritzgießens geformt ist.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen eines derartigen optischen Elementes gelingt die Lösung der Aufgabe mit den Schritten:
  • - Bereitstellen einer Kunststoff-Spritzgießmaschine mit Spritzeinheit, formgebendem Werkzeug mit mindestens einem wechselbaren formgebenden Einsatz und zugehöriger Schließeinheit,
  • - Wählen des Werkzeug-Einsatzes entsprechend der gewünschten Formgebung des optischen Elementes,
  • - Einlegen von zwei vorgeschnittenen, vorzugsweise vorgeformten Dünngläsern in die formgebende Höhlung des Werkzeuges,
  • - Schließen des Werkzeuges,
  • - Einspritzen des Kunststoffes in die formgebende Höhlung zwischen die Dünngläser,
  • - Entnehmen des geformten Verbundkörpers,
  • - Entgraten des Verbundkörpers, falls notwendig.
Mit diesen erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich zwischen zwei dünnen, elastischen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise vorgeformten Glasscheiben die optischen Elemente direkt durch einen Spritzgußprozeß zu formen, kann mit großem Vorteil die positive Eigenschaft der Kratzfestigkeit des Glases mit der Formbarkeit des Kunststoffes verbunden werden.
Dabei können mit großem Vorteil Kunststoffe eingesetzt werden, die sowohl vom Brechungsindex als auch von der Abbezahl tauglich sind, aber an sich hochkratzempfindlich sind, so daß aus ihnen für sich genommen kein optisches Element mit kratzfester Oberfläche herstellbar wäre.
Gegenüber der bekannten Herstellung von optischen Elementen aus Kunststoffen mit Formgebung durch Schleifen bietet das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Vorteile durch die direkte Herstellung von optischen Elementen, die direkt aus dem Spritzguß ohne Endbearbeitung der optischen Flächen einsetzbar sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Dicke der Glasscheiben im Bereich von 20 µm bis 500 µm, vorzugsweise im Bereich von 30 µm bis 100 µm.
Ein derartiges Glas wird auch als Dünnglas im Sinne der Norm DIN 1259 Teil 2 bezeichnet, ein maschinell gezogenes Flachglas mit elastischen Eigenschaften, die notwendig sind, damit die Glasscheiben beim Spritzgießen die gewünschte Form einnehmen können.
Dabei wird dem Glas durch einen Formgebungs-Schritt eine angenäherte Oberflächenkontur gegeben, die beim Spritzgußschritt auf die exakte Form für die optische Wirkung gebracht wird. Dieser Schritt sowie das Zuschneiden der Gläser wird durch Standardverfahren der Formgebung (z. B. Tiefziehen) bzw. Schneiden ("Laserschneiden" oder konventionelles Schneiden) abgedeckt.
Als Kunststoff findet vorzugsweise ein Cyclo Olefin Copolymer (COC) Anwendung, der thermoplastisch formbar ist.
Prinzipiell ist auch das Material Polycarbonat verwendbar, wenngleich aus optischen Gründen nicht in allen Fällen, wie bereits eingangs beschrieben wurde.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird dieses vorzugsweise in der Weise geführt, daß ein formgebendes Werkzeug bereitgestellt wird, bei dem die eine Seite der formgebenden Höhlung auf eine feste Geometrie eingestellt ist und die andere Seite durch einen wechselbaren Einsatz mit unterschiedlichen formgebenden Höhlungen gebildet ist.
Die Anpassung der optischen Wirkung der optischen Elemente kann dann im Spritzgußwerkzeug direkt verankert sein. Beide können durch einen Wechseleinsatz im Werkzeug an die gewünschte optische Wirkung angepaßt werden. Durch dieses Konzept kann eine extrem kurze Fertigung aufgebaut werden, die trotzdem auf die individuelle Gestaltung der optischen Funktionen reagieren kann, wie dies z. B. bei Brillengläsern heute gefordert wird.
In der einzigen Figur der Patentbezeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Elementes in Form einer Linse in einer Längsschnittdarstellung ausschnittsweise gezeigt. Die Figur zeigt einen Verbundkörper 1, bestehend aus einem Kunststoffkörper 2, der entsprechend der gewünschten optischen Wirkung geformt ist. Dieser Kunststoffkörper 2 ist zwischen zwei dünnen, vorgeformten elastischen Glasscheiben 3, 4 eingebettet.
Wie bereits beschrieben ist der Verbundkörper 1 im Wege des Spritzgießens geformt. Da die Spritzgießtechnik als solche bekannt ist, erübrigt es sich, das bereits beschriebene Verfahren zur Herstellung des Verbundkörpers zusätzlich zeichnerisch darzustellen.

Claims (7)

1. Optisches Element mit einem entsprechend der gewünschten optischen Wirkung geformten Kunststoffkörper (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (2) zwischen zwei dünnen, elastischen Glasscheiben (3, 4) eingebettet ist und als Verbundkörper (1) im Wege des Spritzgießens geformt ist.
2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheiben (3, 4) vorgeformt sind mit einer Kontur, die der späteren Oberfläche des optischen Elementes angenähert ist.
3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Glasscheiben (3, 4) im Bereich von 20 µm bis 500 µm, vorzugsweise im Bereich von 30 µm bis 100 µm liegt.
4. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (2) aus einem Cyclo Olefin Copolymer (COC) besteht.
5. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (2) aus einem Polycarbonat besteht.
6. Verfahren zum Herstellen des optischen Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit den Schritten:
  • - Bereitstellen einer Kunststoff-Spritzgießmaschine mit Spritzeinheit, formgebendem Werkzeug mit mindestens einem wechselbaren formgebenden Einsatz und zugehöriger Schließeinheit,
  • - Wählen des Werkzeug-Einsatzes entsprechend der gewünschten Formgebung des optischen Elementes,
  • - Einlegen von zwei vorgeschnittenen, vorzugsweise vorgeformten Dünngläsern, in die formgebende Höhlung des Werkzeuges,
  • - Schließen des Werkzeuges,
  • - Einspritzen des Kunststoffes in die formgebende Höhlung zwischen die Dünngläser,
  • - Entnehmen des geformten Verbundkörpers,
  • - Entgraten des Verbundkörpers, falls notwendig.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein formgebendes Werkzeug bereitgestellt wird, bei dem beide Seiten durch einen wechselbaren Einsatz mit unterschiedlichen formgebenden Höhlungen gebildet ist.
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