DE2218782A1

DE2218782A1 - Transparenter Polymerisatformkörper zur Ablenkung einfallender elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2218782A1
Application number: DE19722218782
Authority: DE
Inventors: Robert Stephens Pittsford N.Y. Moore (V.St.A)
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-18
Publication date: 1972-11-02
Also published as: NL7205284A; BE782159A; US3718383A; CA964505A; GB1362757A; JPS5518882B1; DE2218782C2; FR2133709A1

Description

Transparenter Polymerisatformkörper zur Ablenkung einfallender elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen transparenten Polymerisatformkörper zur Ablenkung einfallender elektromagnetischer Strahlung mit einer sich durch ihn hindurch erstreckenden optischen Achse, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Zur Herstellung optischer Elemente bestimmten Typs wurden bekanntlich bereits die verschiedensten Kunststoffmaterialien auf ihre Eignung untersucht und verwendet. Derartige Kunststoffmaterialien, die in der Regel einen gleichförmigen Refraktionsindex aufweisen, wurden praktisch wie Glaslinsenmaterial geschliffen, um ihren optischen Oberflächen eine Krümmung zu verleihen und die Kunststoffe auf diese Weise als Linsenmedien verwendbar zu machen. So v/erden z. B. in der USA-Patentschrift 2 4-30 550 verschiedene Mischpolymerisate des Methy!methacrylate mit Styrol beschrieben, die zur Herstellung optischer Linsen geeignet sind. Es sind auch noch zahlreiche weitere Publikationen bekannt, die sich mit diesem Spezialgebiete der Technologie befassen, z. B. die USA-Patentschrift 3 194- 116, in der eine aus einem Mischpolymerisat aus einem Acrylonitril und Styrol gebildete optische Linse beschrieben wird. Den in diesen Druckschriften beschriebenen Kunststoffelementen wird, wie bereits erwähnt, die Krümmung der optischen Oberflächen mit Hilfe der verschiedensten Schleiftechniken verliehen.

Um einen anderen Typ von optischen Kunststoffelementen handelt es sich bei demjenigen Element, welches z. B. in der USA-Patentschrift 3 4-85 556 beschrieben wird. Aus dieser Patentschrift ist eine aus einem Kunststoff bestehende Multifokal-Augenlinse bekannt, die offensichtlich nach einem üblichen bekannten Schleif- oder Verformungsverfahren hergestellt ist, zu deren Herstellung jedoch monomere Flüssigkeiten verwendet werden, welche zu einer gegenseitigen Diffusion führen und die. anschließend polymerisiert werden unter Bildung eines nichthomogenen optischen Feststoffs, in welchem eine Übergangszone mit einem Refraktionsindexgradienten von einem ersten Polymer '.[,

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mit höherem Index zu einem zweiten Polymer mit niedrigerem Index vorliegt, wobei diese Ubergangszone einen Mischpolymerisatanteil variabler Zusammensetzung aufweist. Selbst in Kunststoff-Linsenelsmenten dieses Typs hängt jedoch die Verwendbarkeit dieser Kunststofflinsen offensichtlich primär von der Krümmung des Linsenelements ab, die eine geeignete linsenähnliche Wirkung hervorruft.

Es sind auch bereits verschiedene anorganische optische Glaslinsen bekannt, bei denen von der Diffusion anorganischer Komponenten, z. B. vom Austausch von Metallionen, auf einer gekrümmten Glasoberfläche Gebrauch gemacht wird, um auf diesen Glasoberflächen eine gleichförmige Erhöhung des Refraktionsindex hervorzurufen, wie dies z. B. in der USA-Patentschrift 5 486 808 beschrieben wird.

Die Verwendung von Kunststoffmaterialien anstelle von Glas bei der Herstellung von optischen und anderen linsenähnlichen Medien des verschiedensten Typs hat bekanntlich viele potentielle Vorteile. So sind z. B. Kunststoffe in der Regel billiger als das zur Herstellung des Rohmaterials für ein optisches oder ein linsenähnliches Element verwendete Glas. Außerdem sind die Finisharbeiten, z. B. das Polieren, bei optischen Elementen aus Glas in der Regel schwieriger und umfangreicher, da berücksichtigt werden muß, daß die Herstellung von Kunststofflinsen durch Verformung in die endgültige Gestalt möglich ist. Selbstverständlich ist es jedoch etwas schwierig, Kunststoffmaterialien zu finden, welche die erforderlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften besitzen, um zur Herstellung konventioneller optischer Kunststoff elemente geeignet zu sein. Ein Großteil dieser Schwierigkeit ist bei verschiedenen Typen von Kunststoffmaterialien darauf zurückzuführen, daß deren optische Oberfläche in geeigneter Weise gekrümmt sein muß, um eine brauchbare optische Oberfläche zu ergeben. Selbstverständlich handelt es sich hierbei oftmals um ein ernsthaftes Problem bei der Herstellung von

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Linsen jeden Typs, sowohl solcher aus Glas als auch aus Kunststoffmaterialien.

Es "besteht demzufolge ein starkes Bedürfnis nach einem Kunststoff element mit einem Refraktionsindexgradienten, das als Linsenelement oder lichtleitendes Element verwendbar ist, ohne daß sich das Vorliegen einer genau gekrümmten Oberfläche als erforderlich erweist, wobei als besonderer Vorteil hinzu-

s käme, daß Kunst st off elemente mit linsenähnlicher Fokulsierwirkung, deren optische Oberflächen" keinerlei Krümmung aufweisen, herstellbar sind in Kombination mit in der Linsenerzeugungstechnologie üblichen Verfahren, z. B. Schleif- und Formverfahren, unter Erzielung von Linsen mit gekrümmten Oberflächen, die dann Linseneigenschaften besäßen, die anderweitig schwierig zu erzielen oder unter alleiniger Verwendung von üblichen bekannten Linsenfertigungsverfahren überhaupt nicht zu erhalten sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, Formkörper aus Kunststoffen mit einem Refraktionsindexgradienten anzugeben, die für die verschiedensten Verwendungszwecke, z. B. als Linsen, Linsenelemente, lichtleitende Elemente, optische Elemente oder Spiegel, geeignet sind, selbst wenn ihre optischen Oberflächen praktisch flach ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die angegebene Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise dadurch lösbar ist, daß in Kunststoffe bestimmten Typs Flüssigkeiten mit einem vom Kunststoff verschiedenen Refraktionsindex, die bestimmten Forderungen genügen, in bestimmter Weise eindiffundieren gelassen werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein transparenter Polymerisatformkörper zur Ablenkung einfallender elektromagnetischer Strahlung mit einer sich durch ihn hindurch erstreckenden optischen Achse, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein verformtes

2 0 9 8 h 5 / 1 1 Uj

transparentes polymeres Grundmaterial aus einem homogenen glasartigen amorphen Polymer sowie ein in diesem befindliches transparentes organisches Streckmittel aus einer keine Kristallisation des Polymeren bewirkenden niedermolekularen organischen Flüssigkeit mit einem von demjenigen des Polymeren unterschiedlichen Refraktionsindex, welches im verformten polymeren Grundmaterial einen kontinuierlichen, praktisch senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Refraktionsindexgradienten bildet, aufweist, und Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung desselben. Zur Herstellung des transparenten Polymerisatformkörpers nach der Erfindung wird ein organisches Streck- oder Verdünnungsmittel in ein verformtes transparentes polymeres Grundmaterial, das eine optische Achse aufweist, eindiffundieren gelassen. Dabei breitet sich das Streckmittel durch Diffusion im Grundmaterial aus unter Bildung eines kontinuierlichen Refraktionsindexgradienten, der sich in einer Richtung erstreckt, welche auf die optische Achse desjFormkörpers senkrecht steht. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft die optische Achse des polymeren Grundmaterials zwischen zwei optischen Oberflächen, die praktisch flach und praktisch parallel zueinander ausgestaltet sind.

Bei dem verwendeten organischen Streckmittel handelt es sich um eine niedrigmolekulare organische Flüssigkeit, die zur Diffusion in das polymere Grundmaterial des Formkörpers befähigt und ferner dadurch charakterisiert ist, daß sie ei-· nen Refraktionsindex besitzt, der sich von demjenigen des polymeren Grundmaterials unterscheidet, und die ferner praktisch nicht imstande ist, eine Kristallisation des polymeren Grundmaterials zu bewirken. Das- polymere Grundmaterial des erfindungsgemäßen Formkörpers besteht, wie bereits erwähnt, aus einem homogenen, glasartigen, amorphen polymeren Stoff.

Mit "optischer Achse" wird eine imaginäre Linie bezeichnet,

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die sieh im Innern des polymeren Grundmaterials des erfindungsgemäßen Polymerisatformkörpers erstreckt und die durch .die Krümmungszentren desjenigen (Teils der Endflächen des polymeren Grundmaterials hindurch geht, die zum Durchtritt des einfallenden Lichts bestimmt sind. Gemäß derjenigen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher die Endfläche oder die Endflächen des verformten polymeren Grundmaterials praktisch eben sind, können· diese flachen Oberflächen als Teile einer Kugel mit unendlich großem fiadius angesehen werden, wobei die optische Achse eine imaginäre Linie darstellt, die durch das Grundmaterial und praktisch senkrecht zu dieser flachen Oberfläche oder diesen flachen Oberflächen verläuft. Es verdient hervorgehoben zu werden, daß ein transparenter Polymerisatformkörper nach der Erfindung mehr als eine optische Achse aufweisen kann, wie sich aus den schematischen Darstellungen der beigefügten Zeichnung ergibt. Im Falle von mehreren optischen Achsen verlaufen diese durch die KrümmungsZentren der Endflächen des polymeren Grundmaterials, wobei jedoch jede Endfläche des Grundmaterials faktisch mehrere Krümmungszentren enthält, d. h. ein Krümmungszentrum für jede optische Achse.

Mit "optischer Oberfläche" werden eine Oberfläche oder derjenige Teil des transparenten Polymerisatformkörpers nach der Erfindung bezeichnet, die speziell als Fenster für den Durchtritt elektromagnetischer Strahlung, z. B. Licht, welche durch den Formkörper abgelenkt werden soll, vorgesehen sind.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher veranschaulicht, in der darstellen:

Figur 1 einen Polymerisatformkörper nach der Erfindung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, bei dem das Grundmaterial in Form eines symmetrischen Hohlzylinders ausgebildet ist. Eine Verteilung des Streckmittela im Grundmaterial hat noch nicht stattgefunden,

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Figur 2 eine Seitenansicht des optischen Polymerisatformkörpers nach der Erfindung gemäß Fig. 1 unter Darstellung des erfindungsgemäß erzielbaren Effekts bei Einfall von elektromagnetischer Strahlung,

Figur $ einen Polymerisatformkörper nach der Erfindung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei welchem das Grundmaterial in Form eines ringförmigen Elements vorliegt,

Figur ?a eine Abänderung der Ausführungsform gemäß Fig. 3. Die Verteilung des Streckmittels im Grundmaterial ist weder in Fig. 3 noch in Fig. 3a gezeigt.

Figur 4 einen Polymerisatformkörper nach der Erfindung gemäß einer dritten Ausführungsform, bei dem das Streckmittel von außen in ein zylindrisches polymeres Grundmaterial eindiffundieren gelassen wird,

Figur 5 einen Polymerisatfonakörper nach der Erfindung gemäß einer vierten Ausführungsform, bei dem eine planare Symmetrie vorliegt und das Streckmittel von außerhalb in das Grundmaterial eindiffundieren gelassen wird,

Figur 6 einen Polymerisatformkörper nach der Erfindung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei dem eine planare Symmetrie vorliegt und das Streckmittel von einem im Innern gelegenen Hohlraum in das Grundmaterial eindiffundieren gelassen wird. Die Verteilung des Streckmittels im Grundmaterial wird weder in Figur 4, noch in-Figur 5 oder in Figur 6 gezeigt.

Figuren 7 und 8 Wellenleitsysteme, bei denen eine aneinander gereihte Serie von Polymerisatformkörpern nach der Erfindung angewandt wird,

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Figuren 9a-c, 10a-c und 11a und b Querschnitte von linsen mit gekrümmter Oberfläche des verschiedensten Typs als Polymerisatformkörper nach der Erfindung,

Figur 12 einen Polymerisatformkörper nach der Erfindung mit mehreren optischen Achsen und

Figur 13 einen Polymerisatformkörper nach der Erfindung mit einer reflektierenden Bückschicht, der die Verwendbarkeit als spiegelähnliches Gebilde erläutert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform liegt das polymere Grundmaterial in Form eines symmetrischen Hohlzylinders 93 vor. Die optische Oberfläche 92 des Zylinders ist groß im Vergleich zu einem Bündel einfallender Lichtstrahlen, praktisch flach und parallel zur optischen Oberfläche 94. Diffundiert ein Streckmittel 91 von der inneren Kernzone 14 her in das Grundmaterial ein, so bildet sich ein ringförmiger, symmetrischer, radialer Eefi?aktionsindexgradient aus, der praktisch proportional zum Hadialabstand senkrecht zur optischen Achse 90 ist. Nach erfolgter Diffusion des Streckmittels in das Grundmaterial variiert daher der Refraktionsindex radial in einer nicht-linearen Weise, wie sieh aus Fig. 2 ergibt, welche eine Seitenansicht des in Fig» 1 dargestellten Formkörpers wiedergibt. Bei konstantem Radius ist der Refraktionsindex praktisch unabhängig von der ringförmigen Verlagerung und der Refrakti onsindesc ist demzufolge (bei konstantem Radius) unabhängig vom Abstand, der parallel sur optischen Achse 90 des Zyliatere gemessen wird«, Aus Fig. 2 ergibt sich, daß keine innere Kernzone angezeigt wird, was darauf zurückzuführen ist, daß nasch· erfolgter Diffusion des Streckmittels aus der Eernzone in das Grundmaterial die ursprüngliche Grenze zwischen Kernzone und Grundmaterial nicht mehr wahrnehmbar ist, wie weiter, tint en noch näher ,erklärt werden SOll. ■-:■■' ,; i« -'Vl-. ·/'■',

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Der in Fig. 2 dargestellte Strahlengang im zylindrischen Polymerisatformkörper nach der Erfindung wird von folgender Formel bestimmt (vgl. hierzu N. Born und E. Wolf, "Principles of Optics", 1. Auflage, MacMillan Co., New York, (1959), Seite 123):

1/R = -a .y In η

worin bedeuten:

R den Krümmungsradius des Strahlengangs 16,

a die Einheit auswärts normal (der mit "unit outward normal" bezeichnete Einheitsvektor, der sich in Richtung abnehmenden Refraktionsindex und senkrecht zur Tangente des Strahlenganges 16 erstreckt), und

η den Refraktionsindex.

Daß der Refraktionsindexgradient eine Funktion der radialen Verlagerung sein muß, ergibt sich aus dem Erfordernis der Fokussierung. Wäre der Gradient unabhängig vom Radialabstand, so wurden die parallelen Strahlen 16 alle um denselben Winkel gekrümmt, ohne im Punkt 17 fokussiert zu werden (oder, im Falle einer divergierenden Linse, ohne ihren Ursprung in einem virtuellen Punkt zu nehmen). Dies wäre analog zur Wirkung eines isotropen Keils, womit zwar die Ablenkwirkung gezeigt, nicht jedoch die Fokussierwirkung erläutert werden kann (ausgenommen von den Überlegungen in der letztgenannten Kategorie ist der Drehkeil, oftmals auch konische Axiconlinse genannt).

Eine Betrachtung der obigen Formel zeigt, daß eine brauchbare Fokussierung dann eintritt, wenn der Refraktionsindex η propor-

2
tional r ist, wobei r den radialen Abstand von der optischen Achse 90 darstellt (andere Bedingungen können es erforderlich machen, daß der Exponent von r einen anderen Wert als 2 besitzt).. Es ergibt sich somit, daß der erforderliche Refraktionsindexgradient in einem festen Polymerzylinder erzielbar ist durch radiale Diffusion in den Zylinder

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von einem Streckmittel mit einem Refraktionsindex, welcher sich von demjenigen des Polymeren unterscheidet. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich der Gradient über eine Zeitdauer hinweg aufrechterhalten, die im Vergleich zur Gebrauchsdauer des Formkörpers ziemlich lang ist, d. h. po-

Jahrzehnte tentiell vielleicht über mehreree. Der Gradient kann jedoch auch kürzere Zeiten beibehalten werden, z. B. über Zeiträume in der Größenordnung von 1- bis 2 Tagen bis zu mehreren Monaten. Ein derartiges System besitzt den offensichtlichen Vorteil, daß es keine wesentliche Menge an Energie benötigt, um den Gradienten beizubehalten.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung liegt das polymere Grundmaterial in Form eines Ringkörpers 22 vor, der sich konzentrisch zum Stab 19 befindet. Das Streckmittel 20 wird in das Grundmaterial eindiffundieren gelassen aus dem Hohlraum 21, welcher von Stab und Ringkörper gebildet wird. Nach der Diffusion wird einfallendes Licht, welches auf die optische Oberfläche 18 auftrifft, durch den im Grundmaterial durch Diffusion gebilde-

s
ten Gradienten Fokufeierkräften unterworfen.

In Fig. 3a wird ein ähnlicher Polymerisatformkörper wie in Fig. 3 dargestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Lage von Streckmittel und Grundmaterial vertauscht ist. Gemäß Fig. 3a diffundiert das Streckmittel von.der außen gelegenen Versorgungsquelle 42 und dem inneren Hohlraum 43 in das ringförmig ausgebildete polymere Grundmaterial 41, wie durch die Pfeile 40 angedeutet wird.

Prinzipiell gibt es mindestens vier Wege, um die radiale 'Anderung im Refraktionsindex in einem zylindrischen symmetrischen Kunststoffelement zu erzielen, d. h, zwei Verfahren zur Herstellung positiver und zwei Verfahren zur Herstellung negativer Linsensysteme. Bei einem positiven Linsensystem muß der Refraktionsindex in der nach auswärts verlaufenden Radial-

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richtung abnehmen. Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform kann dies dadurch "bewirkt werden, daß ein außen befindliches Streckmittel 23 mit einem Refraktionsindex, der niedriger ist als derjenige des Grundmaterials 24- in der durch die Pfeile 25 angedeuteten Weise nach innen diffundieren gelassen wird, oder dadurch, daß ein Streckmittel mit einem höheren Refraktionsindex von einem endlichen, jedoch kleinen, im Innern des Grundmaterial befindlichen Hohlraum, wie in Fig. 1 dargestellt, nach außen diffundieren gelassen wird. Derselbe geometrische Diffusionsverlauf kann auch divergierenden Linsen, d. h. negativen Linsen, verliehen werden, wenn die relative Größe der Refraktionsindices des verwendeten Streckmittels und polymeren Grundmaterials vertauscht sind.

Neben derartigen zylindrisch symmetrisch ausgestalteten Formkörpern sind sowohl vom technologischen als auch fabrikationstechnischen Standpunkt aus die planeren symmetrischen linsenähnlichen Poiymerisatformkörper nach der Erfindung besonders vorteilhaft. In Fig. J? wird ein derartiges planar-symmetrisches Element dargestellt, zu dessen Herstellung in eine dicke Platte aus polymerem Grundmaterial 29 ein in den Fig. 5 und 6 nicht gezeigtes Streckmittel entweder nach innen in Richtung der Pfeile 34· durch die Oberflächen 26 und 27 gegen die Zentralzone zu, oder, wie in Fig. 6 dargestellt, nach außen in Richtung der Pfeile 35 aus einem Zentralhohlraum 28 gegen die äußeren Oberflächen 29 und 30 der Platten 32 und 33 zu diffundieren gelassen wird. Die erhaltenen Formkörper enthalten den geeigneten Refraktionsindexgradienten, in diesem Falle jedoch nur in einer "Richtung" bei planerer Symmetrie. Auf diese Weise wird das Analoge zur Wirkung einer üblichen bekannten Glaslinse, die in der Regel eine "zylindrische Linse" genannt wird, erhalten. Das heißt, daß in den Figuren nicht gezeigte, auf den- optischen Oberflächen 3^ eier Platten auftreffende Lichtstrahlen fokulsiert werden, und zwar entweder gesammelt oder gestreut in einer Ebene statt in einem Punkt. In besonders vorteilhafter Weise sind derartige Platten in Form eines

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rechtwinkeligen Hexaeders ausgestaltet. In den in Figuren 5 und 6 dargestellten Formkörpern kann die optische Achse 37 praktisch als eine optische Ebene angesehen werden, die sich durch die optischen Oberflächen 51 erstreckt.

Die Polymerisatformkörper nach der Erfindung können nicht nur in Form von einzelnen Linsen vorliegen, sondern, gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform, in Form einer kontinuierlichen Reihe aus derartigen optischen Kunststoffelementen unter Bildung eines lichtleitenden oder wellenleitenden Systems. In den Figuren 7 und 8 werden derartige Systeme im Schema dargestellt. Fig. 7 veranschaulicht eine kontinuierliche Reihe aus negativen und positiven planeren, symmetrischen, erfindungsgemäßen Kunststofflinsen 38 bzw. 39» die beispielsweise verwendbar sind in Feststoff-Vorrichtungen als Einlaß-Wellenlei tmedium in denjenigen Fällen, wo nur die Fokulsierung in einer Ebene erforderlich ist. Ein derartiges Welienleitsystem kann direkt auf ein Substrat aufgebracht werden, um als Wellenleitmedium für einen bestimmten Typ von Sinlaßsignal zu dienen. Eine derartige Ausgestaltung wird in Fig. 8 dargestellt, in welchem ein Wellenleitmedium 4-5 auf ein Substrat 46 aufgebracht ist.

In den Figuren 9 bis Ί1 werden Polymerisatformkörper nach der Erfindung in Form von Linsen mit gekrümmten Oberflächen des verschiedensten Typs veranschaulicht, deren Herstellung in Kombination mit üblichen bekannten Kunststofflinsen-Fertigungsmethoden erfolgte, sz. B." durch Schleifen und Verformen. Die Figuren 9a bis c zeigen verschiedene Typen von konvergierenden kugelförmigen Linsen mit positivem Ablenkungseffekt, die als erfindungsgemäße Formkörper herstellbar sind« So weist eine plan-konvexe Linse 60 eine optische Achse 63 auf, eine bikonvexe Linse 61 eine optische Achse 64 und eine konvexkonkave Linse 62 eine optische Achse 65, wie in.Fig. 9 dargestellt wird. Die Figuren 10a bis. c aeigen verschiedene Typen . ";■

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von divergierenden, d. h. negativen Linsen, die als Formkörper nach der Erfindung herstellbar sind. So weist eine plankonkave Linse 70 eine optische Achse 7^ auf, eine bikonkave Linse 71 eine optische Achse 75 und eine konkav-konkave Linse 75 eine optische Achse 76, wie in Pig. 10 dargestellt wird. Die Figuren 11a und b zeigen verschiedene zylindrische Linsen 78 bzw. 79> die ebenfalls in Form von erfindungsgemäßen Formkörpern herstellbar sind.

In den Figuren 9 bis 11 werden selbstverständlich nur einige Beispiele aus der ungewöhnlich großen Anzahl von möglichen Typen erfindungsgemäßer Linsen veranschaulicht, deren Herstellung in Kombination mit üblichen bekannten Linsenfertigungsmethoden erfolgen kann. So können z. B. zahlreiche Typen von dünnen und dicken Linsen und Linsensystemen nach üblichen bekannten Fertigungsmethoden für Kunststofflinsen aus Linsenformkörpern nach der Erfindung hergestellt werden. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die Linsen-Polymerisatformkörper nach der Erfindung Linseneigenschaften, d. h. einen kontinuierlichen Refraktionsindexgradienten, aufweisen, ohne daß ihre optischen Oberflächen gekrümmt sind. Wird daher ein derartiger Linsenformkörper in Kombination mit üblichen Fertigungsmethoden für Kunststofflinsen bearbeitet, so sind Linsen mit gekrümmter Oberfläche erzielbar, die sich durch einen Refraktionsindexgradienten auszeichnen, der schwierig oder überhaupt nicht erzielbar ist durch alleinige Anwendung üblicher bekannter Linsenerzeugungsmethoden.

In Figur 12 wird ein Polymerisatformkörper nach der Erfindung dargestellt, der dreieckig ausgestaltete optische Oberflächen 80 und 81 sowie mehrere optische Achsen 82 und 83, die durch den Mittelpunkt der Hohlräume 84 und 85 verlaufen, aufweist. Das Streckmittel 86 und 87 diffundiert in das Grundmaterial 88 unter Bildung zweier unterschiedlicher Refraktionsindexgradienten im Innern des' Grundmaterials. Die optischen Achsen 82 und 83 durchlaufen zwei getrennte Krümmungszentren, die auf

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-laOberfläche 80 vorliegen, und zwei Krümmungszentren, die auf der Oberfläche 81 des Formkörpers vorhanden sind. Dies bedeutet einerseits, da es sich bei den Oberflächen 80 und 81 um ebene Oberflächen handelt, daß diese als Teile von Kugeln mit unendlichem Radius angesehen werden können, und andererseits, da zwei optische Achsen 82 bzw. 83 vorliegen, die durch jede der Oberflächen 80 und 81 verlaufen, daß jede der Oberflächen 80 und 81 für zwei separate kleinere Oberflächen gehalten werden können, die miteinander verbunden sind unter Bildung einer einzigen größeren Oberfläche, in welcher jede der beiden kleineren Oberflächen praktisch einen Oberflächenabschnitt von zwei separaten Kugeln mit unendlichem Radius darstellen. Jede optische Achse, d. h. sowohl die Achse 82 als auch 83, kann somit als eine Achse angesehen werden, die durch ein auf der Oberfläche 80 bzw. 81 vorliegendes KrümmungsZentrum verläuft.

Die in dem in Fig. 12 dargestellten Formkörper angewandten Streckmittel können solche gleichen oder unterschiedlichen Typs sein. Das Grundmaterial 88 dieses Formkörpers kann von in der Fig. nicht gezeigten Haltevorrichtungen des verschiedensten Typs in der gewünschten Stellung gehalten werden. So können z. B. transparente Glas- oder Kunststoffplatten auf den optischen Oberflächen 80 und 81 angeklammert sein, oder der gesamte in Fig. 12 dargestellte Formkörper kann in einer Zellenanordnung aus z. B. Polytetrafluoroathylen, welche Glasendplatten des in den unten angegebenen Beispielen beschriebenen Typs aufweist, eingeschlossen sein.

Der in Fig. 13 im Querschnitt dargestellte Polymerisatformkörper nach der Erfindung läßt eine weitere Anwendungsmöglichkeit als optisches Kunststoffelement erkennen, nämlich als Reflektionsmedium, z. B. als Spiegel. Gemäß dieser Aus- ^ührungsform ist ein zylindrisches Element. 100, z. B. ein solches des in Fig. 2 dargestellten Typs, auf der Rückseite mit einer reflektierenden Rückschicht 101 versehen. Wird da-

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her ein Objekt in das Blickfeld dieses erfindungsgemäßen Formkörpe.rs gebracht, so wird ein Reflexionsbild desselben erhalten. Die optische Erscheinungsform des reflektierten Bildes in bezug auf das Originalobjekt hängt vom Typ der Linsenwirkung des Elements 100 ab. So kann z. B. dieses Bild größer, kleiner, oder verkehrt sein.

Die Polymerisatformkörper nach der Erfindung weisen, wie bereits erwähnt, geeignete polymere Materialien auf, die praktisch amorph und transparent and. Außerdem erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn diese Materialien bei Raumtemperatur im glasartigen Zustand vorliegen. Der Ausdruck "amorphes Polymer" wird einfach als übliche Definition derartiger polymerer Materialien gebraucht, nämlich in dem Sinne, daß die Molekularstruktur des Polymeren in Form eines unregelmäßigen Musters vorliegt, in anderen Worten, daß die Molekularstruktur praktisch nicht-kristallin ist. Da polymere Materialien mit einer praktisch kristallinen Molekularstruktur einen hohen Grad von Lichtstreuung zeigen können, ergibt sich, daß diese Eigenschaft derartige Materialien zur Verwendung als Lichttransmissionsmedien in der Regel unbrauchbar macht.

In glasartigem Zustand vorliegende polymere Materialien sind in der Regel durch einen Young's Modul charakterisiert, der

10 '11 2 in der Größenordnung von etwa 10 bis 10 Dyn/cm liegt. Die Eigenschaften amorpher, in glasartigem Zustand vorliegender Polymere sind bekannt und können zahlreichen Druckschriften entnommen werden. Verwiesen sei z. B, auf P. Meares "Polymers: Structure and Bulk Properties", Van Nostrand Company Limited, London (1965), Kapitel 9.

Die in den erfindungsgemäßen Formkörpern vorliegenden glasartigen amorphen Polymere besitzen in besonders vorteilhafter Weise außerdem eine vergleichsweise hohe Glasübeigangstemperatur Tg. Die Glasübergangstemperatur des polymeren Ma-

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terials ist diejenige Temperatur, bei welcher das Material aus dem glasartigen Zustand in den retardierten hochelastischen oder lederartigen Zustand übergeht. Typische geeignete derartige Materialien besitzen eine Glasübergangstemperatur von über etwa 27°C, vorzugsweise von über etwa 7O⁰G. Obwohl auch Materialien mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur verwendbar sind, werden diese in der Regel nicht bevorzugt, da aus derartigen Materialien hergestellte Kunststoff-Formkörper einen Refraktionsindexgradienten ausbilden, der in der Regel bei Zimmertemperatur nicht stabil ist, und da ferner die daraus hergestellten Formkörper gegebenenfalls keine ausreichende Steifigkeit besitzen, um ihre Gestalt bei Raumtemperatur beizubehalten. Die in den erfindungsgemaßen Formkörpern vorliegenden polymeren Materialien sind ferner dadurch charakterisiert, daß sie einen Refraktionsindex in der Größenordnung von etwa 1,5, in der Regel von etwa 1,42 bis 1,79» aufweisen. Ferner haben die in den meisten Ausführungsformen in besonders vorteilhafter Weise verwendbaren Polymere einen niedrigen Dispersionsindex ¥, der definiert ist als

n_D-1
V = —2

worin bedeuten:

den Refraktionsindex bei der
n-rj e Natrium-D-Linie

den Refraktionsindex bei der
n™ /-die Wasserstoff-F-Linie und

den Refraktionsindex bei der
n,-, /-3*e Wasserst off -C-Linie.

In der Regel besitzen die erfindungsgemäß verwendbaren Polymere einen Dispersionsindex V im Bereich von etwa 35 bis 50. In bestimmten Fällen kann es sich jedoch als zweckmäßig erweisen, polymere Stoffe mit einem wesentlich höheren Dispersi-

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onsindex im Bereich von etwa 50 bis 60 zu verwenden. Die als Grundmaterialien verwendeten Polymere sollten ferner transparent und vorzugsweise klar, d. h. farblos, sein, obwohl für bestimmte Verwendungszwecke ein abgetönter transparenter Formkörper wünschenswert sein kann.

Beispiele für typische geeignete polymere Materialien und Harze, sowie deren ßefraktionsindices und Dispersionsindices werden in der folgenden Tabelle I aufgeführt.

209845/ 1 1 1 ü

T	Refraktionsindex	a b e 1 1 e I
1,356	reziprokes Dispersions vermögen
1,367	—
1,39-1,43	-
Λ -Zi-Wi /Όη°ΓΛ	_

1,4177 C20°)
1,436 C20°) .	65,3
1,452	53
1,454	-
1,4563 C30°)	—
1,46-1,50	—
	—
1,46-1,50
1,4634 C25°)
1,4638 (20°)
1,467 C20°)	51'
1,4685 C20°)	—
1,47-1,49	58
λ Jirrn /'ο/ιΟν	-
Ι,Ίββ/¹ v^ · J
1,47-1,49
1,47-1,48	-
1,479 (21°)	-
1,47	-
1,47-1,52	-
1,4725 (20°)	-
Λ Ι\ΆΓ\ /"OE₄ ⁰N	59
) "tow V CJ J 1,4728 (20°)
57,9

Material

PpIyC1,1-dihydroperfluorohexyl-acrylat) PoIyC1,1-dihydroperfluorobutyl-acrylat) PoIyC chlorotrifluoroäthylen)

PoIyCtrifluoroisopropyl methacrylat) PoIyCtriäthoxysilicolmethacrylat)

PoIyCvinylisobutyläther) PoIyCvinyläthyläther) PoIyCäthylenglycöl) Gelluloseacetatbutyrat

Celluloseacetat PolyCbutylacrylat) PoIyCtert.-butylmethacrylat) PolyC vinylmethyläther) PolyCäthylacrylat) PoIyCvinylacetat)

PolyCvinylbutyral) Cellulosepropionat Xthylcellulose Celluloseacetatpropionat Benzylcellulose PolyCmethylacrylat)

PoIyCisopropylmethacrylat)

209848/11.10

Tabelle I (Fortsetzung)

Refr akt i ons index	reziprokes Dispersions vermögen
1,4744 (25°)
1,4757 (20°)	55
1,477 (25°)	65,6
1,4768	57,8
1,48-1,50	_
1,4813 (20°)	57
1,483-1,485 (25°)	—
1,4831 (25°)	49
1,4831 (20°)	52,9
1,4833 (20°)	32,0
1,4840 (25°)	_
1,484 (25°)	—
1,485 (20°)	54
1,485-1,49	_
1 ^;Ι8Ο^ (^O7>°)
1 ^ylQO (⁰O⁰)

1,4855 (20°)	50
1,4868 (20°)	48
1,4889 (20°)	57
1,49	-
1,49-1,53	-
1,4903 (20°)	55
1,4917 (20°)	49
1,494	—

Material

Polyiglycolsuccinat) Poly(vinylformiat) Poly(isobutylmethacrylat) Poly(monofluoroäthylmethacrylat)

Poly(vinylacetal)
Poly(n-hexylmethacrylat) Poly(äthylmethacrylat) Poly(n-butylmethacrylat) Poly(äthylidendimethacrylat) Poly ( ß-äthoxyäthyl-me thacrylat)

Poly(glycolmaleat) Poly(n-propylmethacrylat) Poly(3,3,5-trimethylcyclohexyl-methacrylat) Poly(methylmethacrylat)

Poly(diacetin-methacrylat) Poly( ^-nitro^-methylpropylmethacrylat)

Poly(triäthylcarbonylmethacrylat)

Polypropylen

Polyvinylalkohol-Verformungsverbindung

Poly(äthylglycolat-methacrylat;

Poly(pt -methallyl-methacrylat)

PolyCMethylmethacrylat 80 %, Methacryl-Ameisensäureanhydrid 20 %)

209845/1 1 10

Tabelle I (Fortsetzung)

Refraktionsindex

reziprokes Dispersionsvermögen Material

1,4947 (20°)

1,496 + 0,003 (21 - 23°;

1,4969 (20°) 1,4975 (20°) 1,4990 (20°) 1,50-1,514

1,50-1,575

1,5-1,7

1,500 ± 0,001 C25°)

1,5001 (20°)

55

58

56,3

58,8

1,502 +	0,001 (25°)	-
1,5028	(20°)	53
1,5048	(23°)	56,0
1,505-1	,51	—
1,5059	(20°)	54,6
1,5063	(20°)	53,4
1,5066 ·	C20°)	56,2
	χ ■—-^ J	^ ,
1,5067	(20°)	54,3

Poly( -3-niethylcyclohexylmethacrylat)

KoIophoniumharζe εter Poly( cyclohexyl-ct-äthoxyacetat)

Poly(-4—methylcyclohexy1-me thacrylat)

PoIyCdecamethylenglycoldimethacrylat;

Cellulosenitrat

Allyl-Gußharz
Phenol-Formaldehydharz Poly(sec.-butyl- -chloroacrylat)

PolyCdiallylglycolcarbonat)

Poly ( äthyl-oü-chlor oacryl at) Poly(2-methylcyclohexylmethacrylat)

PoIyC hexamethylenglyc öldimethacrylat)

Polyisobutylen
Polybornylmethacrylat Poly(äthylen-dimethacrylat) PoIyCcyclohexyl-methacrylat)

Poly(cyclohexandiol-1,4-dime thacrylat)

209845/1110

	(20°)	Λ qo/ipp	(20°)	- 20 -	2218782	(Fortsetzung)
		1,5174		a b e 1 1 e I
	,55		(20°)	reziprokes
		1,5179		Dispersions	Material
	(20°)		(25°)	vermögen	Butylkautschuk, !anvulkanisiert
		1,519	(20°)		Poly(-ß-methallyl-methacry lat)
	(20°)	1,5196		47
		1,52			Poly(tetrahydrofurfuryl-
Refraktionsindex	(20°)	1,52		54	methacrylat;
1,508				Polyvinylacetat mittlerer
1,508	co	—	Acetattyp
	(25°)		PoIy(I-methylcyclohexyl-
1,5096	(20°)	54	methacrylat)
	(25°)		Poly(pentaerythrit-tetra-
1,51-1	(20°)	_	methacrylat)
	(20°)		Poly(methyl-oi/-niethylen-
1,5111		53,9	butyrolacton)
	(20°)
1,5117		Poly(vinylchloroacetat)
	_	Poly(vinylmethacrylat)
1,5118	46	Poly(äthylenglycol-fumarat)
	-	Poly(terpineyl-methacrylat)
1 61 1	50	Poly(äthylen-chlorohydrin-
1,512	54	methacrylat)
1,5129		Poly(methyl-ct-chloroacrylat)
1,514	57
1,514		Poly(diäthylaminoäthyl-
1,517	54	methacrylat)
		Poly(2-chlorocyclohexyl-
1,5172	56	methacrylat)
		Naturkautschuk
	-	Poly(allylmethacrylat)
	49	Polyacrylonitril)
-	Polymethacrylonitril
—	10
209845/1 1

Tabelle I (Fortsetzung)

reziprokes Dispersions-Refraktionsindex vermögen Material

1*52 -

1,52

1,5200 (20°) 54,5

1,5219 (20°)

1,5228 (20°) 48,5 1,523-1,57

1,5246 (20°) 53

1,525-1,529 (21°) 1,5250 (20°) 53

1,525 (20°)

1,527 (25°)

1,529

1,53

1,53-1,55

1,5303 (20°) 56,4

1.532 £ 0,001 (25°)

1.533 + 0,001 (25°)

1.536 (25°)

1.537 (20°) 52,5 1,5381 (20°) 39,2 1,5390 (20°) 41,8

1,5396 (20°) 40 Polybutadien

Butadien-acrylonitril-Mischpolymerisate

Poly(methyl-isopropenylketon)

Isopren (polymer) Poly(methacrylsäureanhydrid) Polyester-Gußharz, fest Poly(-N-ß-methoxyäthylmethacrylamid)

Poly(vinylchiorid-acetat)

Polycyclohexyl-cyclohexylmethacrylat

Poly(2,3-dimethylbutadien) Poly(acrylsäure) Polyacrolein
Polyvinylpyrrolidon Hydrochlorierter Kautschuk Nylon, Verformungsverbindung Poly(vinylcyelohexen-dioxyd) Poly(cyclohexyl-α,-chloroacrylat)

Poly(ß-chloroäthyl-chloroacrylat)

Poly(vinylchloridacetat)

(95/5)

Poly(ß-aminoäthyl-methacrylat) Poly(furfuryl-methacrylat) Poly (but ylmercaptylmethacrylat)

Poly ( ^-phenyl-n-amyl-me thacrylat;

209845/1110

Tabelle I (Fortsetzung)

Refraktionsindex	,539£	i (20°)	h 0 003 (°0°	(20°)	reziprokes Dispersions vermögen	)	47
1	,54		(25°)	(20°)	47,5	37,5
1	,54-1	,56	(20°)	(20°)	-	—
1			+ 0,001 (25°	(20°)	-	32,5
4	,54-1	,56	"(20°)	(20°)		35
1	,541	(25°)	(20°)	-	36
1	,5426	i (20°)	,55 (20°)	-	36,8
1	,543		,552	40	37
1	,5431	(20°)	,554	-
1	,544-1,546 (25°)	,5540	47,8
1	,545-1,555 (25°)	,555	-
1		,5559	-
	,546
1	,547
1	,547	44
1	,5476
1	,5487
1
1
1
1
1
1
1

Material

Poly(N-methyl-methacrylamid) Celluloseacetat (partiell verseift)

Polyvinylchlorid

Harnstoff-Formaldehyd, Verformungsverbindung

Poly(glycerin-Kolophoniumharz-maleat)

Poly(ß-bromoäthyl-methacrylat)

Poly(vinyl-vinyliden-chlorid (6/94)

Poly(methylen-a-valerolacton) Kaurikopal

Polyvinylacetat (niedriger Acetattyp

Poly(abietinsäure) Poly(äthylsulfid-methacrylat) Poly(cyclohexyl-bromoacrylat) Poly(N-allylmethacrylamid)

Poly (* -phenylä thyl -me thacrylat;

Polyvinylfuran

Poly(p-methoxybenzyl-methacryl at)

Poly(p-isopropylstyrol) u-Polychloropren

Poly(äthylenglycol-benzoatmethacrylat)

Poly(p,ρ·-xylylenyl-dimethacrylat;

209845/1110

Tabelle I (Fortsetzung)

Refraktionsindex	(25°)	(20°)	reziprokes Dispersions vermögen
1,557	(20°)	—
1,5573	(20°)	34,8
1,5575	(20°)	39,0
1,5592	(20°)	36,5
1,5624	(20°)	37,5
1,5625	(21°)	36,2
1,564	(20°)	—
1,5645	(20°)	40
1,5672	(20°)	46,5
1,5680	(20°)	36,5
1,5682	(20°)	39
1,5683		36,8
1,57	20°)	-
1,57 (	^0,003	30
1,570 . (20-22	(20°)	_
1,5705		33,4
1,5706	(20°)	35
1,5707	(20°)	34
1,5707	1,571-1,572 (20°)	—
1,5714	-
33

Material

Eolophoniumharz-modifiziertes Glycerinphthalat

Poly (ο* -phenylallyl-methacrylat) Poly(p-cyclohexylphenylmethacrylat)

Poly(ß-phenyläthyl-methacryl a tj

Poly(ot-( o-chlorophenyl) äthylmethacrylat) Poly(phenyl-Cellosolvemethacrylat)

Maleinsäureanhydrid-Styrol-Mischpolymerisat

Poly-(-1-phenylcyclohexylmethacrylat) Poly(methyl-oi-bromoacrylat) Poly(benzyl-methacrylat) Poly(ß-phenylsulfon-äthylmethacrylat) Poly(-m-kresyl-methacrylat)

Acrylonitril-Styrol-Mischpolymerisat

Polydiallylcinnamat

Poly(äthylenglycol-phthalat) Poly(o-methoxyphenylmethacrylat) Poly(phenylmethacrylat) Poly(methacryl-methylsalicylat) Poly(o-kresyl-methacrylat) Poly(diallylphthalat)· Poly(eugenol-methacrylat)

2098A5/1110

Tabelle I (Fortsetzung)

ßefraktionsindex	(20°)	(20°)	reziprokes Dispersions vermögen	7
1,5739	: 0,003		44
1,575 j	"(20°)		—
1,5775	(20°)	(20°)	30,	M-
1,5823	: 0,003		37
1,584 η	(20°)			8
1,5845	(20°)		27,
1,5857	60		37
1,59-1,			30,	7
	(20°)			5
	(20°)		29,	0
1,5932	(20°)		26,
1,5951	(20°)		31,	5
1,5933	(20°)		33
1,5964	(20°)		34,
1,5965	63		28
1,5967	70		-
1,60-1,	(20°)		-
1,60-1,	(20°)		36
1,6006			30	5
1,6040	20°)		-
1,6056		(25°)	22,
1,608 (	0,001	21
1,6098		—
1,612 +

Material

Poly(-2,3-dibromopropylmethacrylat)

Polyglycerinphthalat Polyvinylbenzoat Poly(o-chlorobenzyl-methacrylat)

Poly(pentaerythrit-phthalat) Poly(m-nitrobenzyl-methacrylat)

Poly(N-ß-ph.enyläthylmethacrylamid)

Polystyrol

Poly(o-methoxystyrol) Poly(cinnamyl-methacrylat) Poly(benzhydryl-methacrylat) Poly(p-bromophenyl-methacrylat) Poly-N-benzylmethacrylamid Poly-p-methoxystyrol Polyvinylidenchlorid Polysulfid (Thiokol) Poly(methacryl-phenyl-salicylat)

Poly(o-chlorobenzhydrylmethacrylat)

Polycarbonat von 3,3',5,5'-Tetrachlorodiphenyl

Poly(pentachlorophenylmethacrylat

PoIyC o-chlorostyrol) Poly(phenyl- α-bromoacrylat)

2098A5/ 1110

	Refraktionsindex	- 25- -	2218782	I (Fortsetzung)
T	1,6150 (20°)	a "b e 1 1 e	Material
1,617-1,66	reziprokes Dispersions vermögen	Poly-p-divinylbenzol
1,6200 (20°)	28,1	Cumaron-Indenharze
1,62-1,64	-	PoIy-N-vinylphthalimid
1,6248 (20°)	24,1	Polydichlorostyrol
1,6298 (20°)	- .	Poly-2,6-dichlorostyrol
1,65	51,5	Poly-ß-naphthylmethacrylat
1,6519 (25°)	24	Poly- -naphthylcarbinyl- methacrylat
1,6576 (20°)	25	Polyfluorenylme thacrylat
1,64-1,70 1 fi'lH ( ⁰O⁰)	25,1	Polyvinylthiophen
l , O I I I V «iVJ 7 1,645 (20°)	29	Poly-cu-naphthylmethacrylat
1,645 +, 0,005 (20°	on c;	Poly(Bleidimethacrylat)
1,650 (25°)	28	Kre sylsäure-Formaldehyd- Kondensationsharz
1,6568 (20°)	) -	Accroide
1,66	—	Polyvinylphenylsulfid
1,6818 (20°)	27,5	Butylphenol-Formaldehydharz
1,685 (20°)	-	Polyvinylnaphthalin
1,70	20,9	Polyvinylcyrbazol
18,8	Phenol-Formaldehydharz
—

20S8A5/1UQ

Weitere zur Herstellung 1insenähnlieher Formkörper nach der Erfindung verwendbare Polymere sind z. B. solche mit einer thio-substituierten bicyclischen /~2,2,1 7-Komponente, wie sie z. B. in der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung P 20 58 480.9) beschrieben werden. Weitere geeignete· Polymere sind solche mit Acry!monomereinheiten der Formel:

= C

C=O

0-

worin R ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest, vorzugsweise ein Wasserstoffatom oder einen Methylrest, bedeutet, wobei an diese Polymere eine alkylthio-substituierte polycyclische Gruppe oder eine polycyclisch^ Gruppe mit mindestens 2 überbrückten Eingen, die vorzugsweise aneinander ankondensiert sind, gebunden sind. Enthalten die an das Polymer gebundenen Gruppen weniger als 2 überbrückte Ringe, so ist eine Substitution durch Thiogruppen erforderlich, um Polymere zu ergeben, die in der Regel einen Refraktionsindex von mindestens 1,50 und Dispersionsindexwerte im Bereich von etwa 50 bis 60 aufweisen. Polymere dieses Typs werden z. B.

in der deutschen Patentschrift (Patentanmeldung

P 20 64 892.4) beschrieben.

Bei den in den Polymerisatformkörpern nach der Erfindung vorliegenden Streckmitteln oder Verdünnungsmitteln kann es sich um organische Stoffe des verschiedensten Typs handeln. Wegen der Vielzahl der in Frage kommenden Stoffe erweist es sich als nützlich, die als Streckmittel verwendbaren Verbindungen in bezug auf bestimmte vorteilhafte Eigenschaften, die sie

209845/1110

"besitzen sollten, näher zu charakterisieren.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Streckmittel können als transparente Stoffe charakterisiert werden. Ferner sollten sie einen .Refraktionsindex aufweisen, der sich von demjenigen des polymeren Grundmaterials unterscheidet. Ferner sollten sie unfähig sein, eine Kristallisation des polymeren Grundmaterials zu bewirken. Die Streckmittel sind, wie bereits erwähnt, zur Diffusion in is das im erfindungsgemäßen Formkörper vorliegende polymere Grundmaterial befähigt. Obwohl die während der Diffusion sich abspielende Zwischenwirkung zwischen Streckmittel und polymerem Grundmaterial noch nicht völlig aufgeklärt ist, kann doch festgestellt werden, daß es sich bei den erfindungsgemäß in besonders vorteilhafter Weise verwendbaren Streckmitteln um Lösungsmittel für das polymere Grundmaterial handelt«, Wie sich aus den Eigenschaften ergibt, die das verwendete Streckmittel in vorteilhafter Weise besitzen sollte, hängt die Wahl .des Streckmittels davon ab, welches glasartige Polymer als Grundmaterial des Formkörpers verwendet wird. So kann sich z. B. eine Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel"· für ein bestimmtes glasartiges amorphes polymeres Grundmaterial darstellt und einen Refraktionsindex besitzt, der sich von demjenigen dieses bestimmten polymeren Grundmaterials unterscheidet, und die ferner nicht fähig ist, eine Kristallisation dieses bestimmten polymeren Grundmaterials zu bewirken, als untaugliches Streckmittel für ein glasartiges amorphes polymeres Grundmaterial anderen Typs erweisen. Demzufolge hängt, wie bereits erwähnt, die Auswahl eines bestimmten Streckmittels vom Typ des verwendeten glasartigen amorphen polymeren Grundmaterials ab.

Zusätzlich zu den angegebenen Eigenschaften besitzen die verwendeten Streckmittel in besonders vorteilhafter Weise ein niedriges Molekulargewicht im Vergleich zum Molekulargewicht des verwendeten polymeren Grundmaterials. Brauchbare Streck-

209845/11 10

mittel besitzen in der Regel ein Molekulargewicht von unter etwa 1OOO, doch sind auch Stoffe mit einem höheren Molekulargewicht verwendbar. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Streckmitteln mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von etwa 30 bis 400 erwiesen. Der Grund für die Verwendung von vergleichsweise niedermolekularen derartigen Stoffen ist der, die Diffusion des Streckmittels in das polymere Grundmaterial zu erhöhen. Zur Erzielung eines geeigneten Diffusionsprofils in einem verformten polymeren Grundmaterial innerhalb vernünftiger Zeiträume, sollte natürlich das diffundierende Streckmittelmolekül vergleichsweise klein sein im Vergleich zu den Molekülen des polymeren Grundmaterials, in welches es diffundiert.

Beispiele für je nach verwendetem polymeren Grundmaterial als Streckmittel geeignete organische Stoffe, sowie deren Refraktionsindices und Siedepunkte sind in der folgenden 'Tabelle II aufgeführt.

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Tabelle IX

	Refraktions	Siedepunkt
Streckmittel	index	(⁰C)
Äthylisocyanid	1,-3659	79
Isobutyraldehyd	1,37302	61,5
Methyläthylketon	1,38071	79,6
Butyronitril	1,3816	118
Methylmethacrylat	1,413	100
Isobutylmethacrylat	1,418	155
Y-Chloronaphthalin	1,63321	263
y-Bromonaphthalin	1,65876	281,1
Tripropylboron	1,42354	156
1-Nitropropan	1,40027	132
2-Nitropropan	1,3941	120
Äthylpropionat	1,38385	99,10
n-Butylcyanid	1,3909	141
Octan	1,3975	125,8
1-Äthylaminonaphthalin	1,6477	. 305
1-Isonaphthalin	1,705	305
Dimethylsulfat	1,3874	188
Methanol	1,33118	64,6
Äthylenformiat	1,358	174
2-Fluoroäthanol	1,3647	103,3
Heptan	1,3876	98,4
1-Octanol	1,479	195
2-Octanol	1,426	178,5
2-Octanon	1,416	173,5
Äthylendiacetat	1,415	186
Di-n-butylphthalat	1,4925	340
Dimethylphthalat	1,5155	280

5/1110

Wird der transparente Polymerisatformkörper nach der Erfindung mit einer reflektierenden Rückschicht ausgestattet unter Erzielung eines Elements mit sowohl spiegelähnlicher als auch linsenähnlicher Wirkung, so können natürlich die verschiedensten üblichen bekannten Typen von reflektierenden Rückschichtmaterialien und -massen verwendet werden. So sind z. B. reflektierende Metallrückschichten des verschiedensten Typs, z. B. aus Silber oder Aluminium, verwendbar. Verwendbar sind ferner nichtmetallische Reflexionsschichten. Die reflektierende Rückschicht kann auf dem transparenten Formkörper direkt aufgebracht, oder auf einen Träger aufgebracht werden, der unmittelbar benachbart zum Formkörper oder in einem bestimmten Abstand von diesem entfernt angeordnet ist. Die reflektierende Rückschicht wird zweckmäßig benachbart zum transparenten Formkörper angeordnet, wobei die optische Achse des Formkörpers durch die reflektierende Hückschicht hindurch gehen sollte.

Zur Herstellung der Polymerisatformkörper nach der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Streckmittel in das polymere Grundmaterial bei Temperaturen eindiffundieren zu lassen, die in der Regel höher liegen als die Glasübergangstemperatur Tg des Polymer-Streckmittel-Systems- Ein weiterer Faktor, der die Diffusionstemperaturen bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper beeinflußt, ist der Siedepunkt des verwendeten Streckmittels. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zur Diffusion in das polymere Grundmaterial das Streckmittel in flüssigem Zustand zu verwenden. Die Diffusionstemperatur sollte daher niedriger liegen als der Siedepunkt des Streckmittels, um dessen Verdampfung zu vermeiden. Obwohl das Streckmittel auch in dampf- oder gasförmigem Zustand zur Diffusion in das polymere Grundmaterial befähigt ist, erscheint es vorteilhaft, die Diffusion mit Hilfe eines Streckmittels, welches hauptsächlich in flüssigem Zustand vorliegt, zu bewirken.

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Es ist festzustellen, daß die Glasubergangstemperatur Tg für das Polymer-Streckmittel-Systern von der Glasubergangstemperatur des Polymeren selbst verschieden ist. Ferner veränderet sich die Glasubergangstemperatur des Polymer-Streckmittel-Systems kontinuierlich in einem Maße, wie die Konzentration an Streckmittel im polymeren Grundmaterial ansteigt. Üblicherweise ist die Glasubergangstemperatur des Polymer-Streckmittel-Systems niedriger als diejenige des Polymeren allein. In der .Regel hat es sich bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper als zweckmäßig erwiesen, für die Diffusion eine Diffusionstemperatur zu verwenden, die etwa 2 bis 25°C unter der Glasubergangstemperatur des Polymeren allein liegt. Werden Temperaturen im angegebenen bevorzugten Bereich verwendet, d. h. Diffusionstemperaturen, die etwa 2 bis 25°C unter der Glasubergangstemperatur des reinen polymeren Materials liegen, so werden in der Regel Diffusionskoeffizienten in der Größen-

—6 2

Ordnung von etwa 10~ cm /Sek. bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerisatformkörper beobachtet.

Bei Vorliegen derartiger Diffusionskoeffizienten wird eine Diffusion des Streckmittels in ein polymeres Grundmaterial bis zu einer Tiefe von etwa 1 cm in der Regel leicht bewirkt innerhalb von Zeiträumen, die sich von etwa einigen Stunden bis zu mehreren Tagen erstrecken, selbstverständlich in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Streckmittels und Grundmaterials. Da der im Polymerisatformkörper nach der Erfindung vorliegende Refraktionsindexgradient in direkter Abhängigkeit von dem Konzentrationsprofil an Streckmittel im polymeren Grundmaterial steht, verdient erwähnt zu werden, daß durch Änderung oder programmierte Steuerung der während der Diffusion angewandten Temperaturen die erhaltenen Konzentrationsprofile des Streckmittels im polymeren Grundmaterial variierbar sind und demzufolge den endgültig erhaltenen Refraktionsindexgradienten beeinflussen. Wegen zusätzlicher Informationen in bezug auf die allgemein-theoretische Natur der Diffusion wird verwiesen auf die Druckschriften J. Crank und

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G. S. Park, "Diffusion In Polymers", Academic Press, London und New York (1968), sowie H. Fujita "Diffusion In Polymer-Diluent Systems", Fortschr. Hochpolym.-Forsch., Band 3, Seite 1, (1961).

Zur Herstellung der Polymerisatformkörper nach der Erfindung ist das Streckmittel in verschiedensten Konzentrationen verwendbar, wobei zur Erzielung eines linsenähnlichen Elements bestimmten Typs die optimale Konzentration abhängt von den Unterschieden im Refraktionsindex zwischen dem Streckmittel und dem polymeren Grundmaterial, und ferner von den bestimmten Diffusionseigenschaften, die in bezug auf ein bestimmtes Streckmittel-Polymer-System existieren. In der Regel hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Streckmittel in Konzentrationen im Bereich von etwa 2 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten erhaltenen Polymer-Streckmittelsystems, zu verwenden.

Bei der Diffusion zur Erzielung des angegebenen Refraktionsindexgradienten im polymeren Grundmaterial sollte beachtet werden, daß die Diffusion des Streckmittels in das polymere Grundmaterial faktisch eine gegenseitige Diffusion darstellt. Da jedoch das Streckmittel in das polymere Grundmaterial rascher eindiffundiert als das polymere Grundmaterial in das Streckmittel (was in erster Linie auf die Unterschiede in der Teilchengröße zwischen dem Streckmittelmolekül und den Polymerisatmolekülen zurückzuführen ist) wird der Einfachheit halber am besten von einer Diffusion des Streckmittels in das polymere Grundmaterial gesprochen. Hieraus ergibt sich, daß überall, wo von der Diffusion des Streckmittels in das polymere Grundmaterial gesprochen wird, gleichzeitig auch die Diffusion des polymeren Grundmaterials in das Streckmittel gemeint ist.

Zur Herstellung der Polymerisatformkörper nach der Erfindung kann die zur Bildung eines Refraktionsindexgradienten im po-

209845/1 1 10

lymeren Grundmaterial erforderliche Diffusion mit Hilfe der verschiedensten üblichen bekannten Vorrichtungen bewirkt werden, d. h. daß der Typ der verwendeten Vorrichtung nicht als kritisch angesehen wird. In zweckmäßiger Weise verwendbare einfache Apparaturen und Vorrichtungen werden in den unten angegebenen Beispielen kurz beschrieben. Es verdient erwähnt zu werden, daß, wenn der Polymerisatformkörper nach der Erfindung innerhalb einer Zellanordnung gebildet wird unter Festklammern von transparenten Endfenstern über die Endoberflächen des verformten polymeren Grundmaterials während des Diffusionsvorganges (wie in den unten angegebenen Beispielen beschrieben), die Entfernung der Zellanordnung nach Beendigung der Diffusion gegebenenfalls unnötig ist;da nämlich die zur Aufnahme von einfallender elektromagnetischer Strahlung bestimmten Endoberflächen des verformten polymeren Grundmaterials mit transparenten Fenstern versehen sind, kann durch diese transparenten Fenster der Zellanordnung sichtbares Licht in den Polymerisatformkörper leicht eindringen und aus diesem wieder austreten. In vielen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, den Polymerisatformkörper nach der Erfindung innerhalb einer derartigen Zellanordnung fest eingespannt zu lassen^ ü. B. dann, wenn ein Polymerisatformkörper des in den Figuren 1, 3, 3a, 6 und 12 dargestellten Typs hergestellt wird und das Kunststoffelement eine oder mehrere hohle Innenkernzonen oder Hohlräume aufweist, aus denen das flüssige Streckmittel in das polymere Grundmaterial des Formkörpers ■ diffundiert, da es in diesen Fällen wünschenswert ist, den erhaltenen Formkörper in der Zellanordnung zu belassen, um zu verhindern, daß gegebenenfalls vorhandenes restliches Streckmittel, das nicht vollständig in das polymere Grundmaterial diffundiert ist, aus den inneren Kernzonen oder Hohlräumen des Formkörpers ausfließt. Außerdem kann eine derartige Zellanordnung oder andere Vorrichtung vergleichbaren Typs dem Polymerisatformkörper nach der Erfindung einen zusätzlichen Halt geben.

Verläuft, was oftmals der Fall ist, der Diffusionsprozess so

209845/1110

vollständig, daß das verwendete Streckmittel und polymere Grundmaterial merklich ineinander diffundiert sind, so kann natürlich der erhaltene Formkörper aus der Zellanordnung frei entfernt werden, da in den inneren Eernzonen oder Hohlräumen nur noch wenig oder überhaupt kein flüssiges Streckmittel verblieben ist* das ausrinnen kann. Nach erfolgter Diffusion des Streckmittels und polymeren Grundmaterials ist festzustellen, daß die Größe der ursprünglichen inneren Kernzonen oder inneren Hohlräume wesentlich vermindert wurde und daß sich statt dessen eine feste Masse aus einem Gemisch von polymerem Grundmaterial und Streckmittel gebildet hat. Je nach Ausmaß der Diffusion des polymeren Grundmaterials in das Streckmittel werden die ursprünglich vorhandenen Hohlräume oder Innenzonen ganz oder teilweise ausgefüllt mit diesem festen Gemisch aus polymerem Grundmaterial und Streckmittel.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt einen zylindrischen symmetrischen Formkörper mit positiver linsenähnlicher Wirkung.

Ein Stab aus Polyme thy lmethacrylat -von etwa 5 cm Länge und 1,27 cm Durchmesser mit flachen polierten Enden wurde in einen Halter eingebracht, der aus einem äußeren konzentrischen Zylinder aus Polytetrafluorethylen etwa derselben Länge bestand. Der Halter hatte eine Wandstärke von etwa 3,2 mm (1/8 inch) und einen inneren Durchmesser von 25»4 mm. Die Enden des Halters waren abgedeckt mit 6,35 mm dicken plattenförmigen Glasfenstern von 3^75 mm Durchmesser. Die Glasendfenster waren festgeklammert durch ringförmige, 1,59 mm dicke Stahldichtungen von 2,5^ mm innerem und 5*08 mm äußerem Durchmesser. Parallel zu den Zylinder- und Stabachsen angeordnete Schrauben verbanden die Dichtungsringe und bewirkten die Ve rklammerung.

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Die als Streckmittel dienende Diffusionsflüssigkeit wurde durch ein Seitenloch im Polytetrafluoräthylen-Zylinder zugeführt. Das Loch wurde sodann durch eine Metallschraube verschlossen. Die verwendete Streckmxttelflüssigkeit bestand aus

Q 0

Äthylendiacetat der Formel CH₅-G-O-CH₂CH₂-OC-CH₅. Die erhaltene Zellanordnung wurde mit vertikaler Stabaehse 4-0 Stunden lang in einen Ofen von 95°C eingebracht, worauf der Ofen abgestellt und auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen wurde* Die Zellanordnung wurde sodann aus dem.Ofen entnommen und auf linsenähnliche Wirkung untersucht unter Verwendung von beispielsweise der folgenden Testmethoden und unter Erzielung der folgenden Ergebnisse. · " .

Wurde der Formkörper in den Strahlengang eines parallelen He-Ne-Laserstrahls von 1 nm Durchmesser eingebracht und.der Strahl längs der Zellenachse senkrecht zu den Endplatten

S-

durchtreten gelassen, so erfolgte eine Fokussierung des Lichts. Es wurde eine Brennweite von etwa 6,6 cm beobachtet. Ein Laserstrahl von 6,35 mm Durchmesser aus parallelen Lichtstrah len wurde durch die Endplatten durchtreten gelassen, wobei der Strahl mit etwa derselben Brennweite fokuJsiert wurde." Wurde der zu testende Polymerisatformkörper auf eine Seite Drucktext unter Drehung der Seite um 180° (in der Ebene) aufrecht hingestellt, so wurde ein vergrößertes Bild des Textes beobachtet. Wurde der Formkörper angehoben, so brach das Bild in zwei kreisförmige Gruppen von konzentrisch geschlossenen Schleifen zusammen. Bei einem Abstand von etwa 2,5^ cm zwischen Formkörperboden und Druckseite erschien ein aufrechtes Bild des Textes im Mittelteil des Formkörpers.

Beispiel 2

Dieses Beispiel beschreibt einen zylindrisch symmetrischen Formkörper mit positiver linsenähnlicher Wirkung.

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Ein Stat» aus Polymethylmethacrylat mit 19,05 mm Durchmesser und 50,8 mm Länge wurde in eine Zellanordnung des in Beispiel 1 beschriebenen Typs eingebracht. Äthylendiacetat wurde zugegeben und die erhaltene Zellanordnung wurde 12 Tage lang auf 95°C erhitzt. Es zeigte sich, daß der erhaltene Formkörper eine linsenähnliche Wirkung ausübte, wenn er in einem durch einen Kollimator parallel ausgerichteten Laserstrahl eingebracht wurde.

Beispiel 3

Ein Stab aus Polymethylmethacrylat von 12,7 mm Durchmesser und 50,8 mm Länge wurde in eine Zelle des in Beispiel 1 beschriebenen Typs eingebracht. Ein Zylinder aus Polymethylmethacrylat von 25,4- mm äußerem Durchmesser, 19,05 nun innerem Durchmesser und 50,8 mm Länge wurde in der Zelle um den Stab mit dem kleineren Durchmesser angeordnet. Der Hohlraum zwischen dem Stab und dem Polymethylmethacrylatzylinder wurde mit Äthylendiacetat (vom Zellende her) gefüllt und die erhaltene Zellanordnung wurde 11 Tage lang in einen Ofen von 95°C eingebracht. Am Ende dieser Periode konnte der innere Stab vom übrigen Formkörper nicht mehr unterschieden werden.

Wurde der erhaltene Formkörper in einen parallelen Strahl eines He-Ne-Lasers eingebracht, so wurde eine linsenähnliche Fokufcierwirkung beobachtet unter Ausbildung eines starken zen-' tralen Lichtpunkts, der.sich in einigem Abstand hinter dem ursprünglichen Brennpunkt befand. Das Fernfeldbild bestand " aus einem Lichtring, der auf ringförmige linsenähnliche Eigenschaften der Zellanordnung hindeutete.

Beispiel 4-

Dieses Beispiel erläutert einen zylindrisch symmetrischen Formkörper mit positiver linsenähnlicher Wirkung.

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Ein Stab aus Polystyrol von 50,8 mm Länge und 12,7 mm Durchmesser mit flachen polierten Enden wurde in einen Halter eingebracht, der aus einem äußeren konzentrischen Zylinder aus Polytetrafluoroäthylen etwa derselben Länge bestand. Die Halterung hatte eine Wandstärke von etwa 3,17 mm und einen inneren Durchmesser von 19»05 Dim. Die Enden des Halters waren abgeschlossen mit 6,35 mm dicken plattenförmigen Glasfenstern von 31,75 mm Durchmesser. Die Glasendfenster wurden durch Klammern zusammengehalten mit Hilfe von 1,59 mm dicken Stahlringdichtungen von 25,4· mm innerem und 50,8 mm äußerem Durchmesser. Die ßingdichtungen wurden durch parallel zu den Zylinder- und Stabachsen verlaufende Schrauben miteinander verbunden, um eine Verklammerung zu erzielen.

Die als Streckmittel verwendete Diffusionsflüssigkeit wurde durch ein Seitenloch im Polytetrafluoroäthylen-Zylinder zugeführt. Danach wurde das Loch mit einer Metallschraube verschlossen. Die verwendete Streckmittelflüssigkeit bestand aus Dimethylphthalat der Formel

Die erhaltene Zellanordnung wurde mit vertikaler Stabachse 63 Stunden lang in einen Ofen von 94⁰C eingebracht, worauf der Ofen abgeschaltet und auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen wurde. Die Zellanordnung wurde sodann aus dem Ofen entnommen und auf linsenähnliche Wirkung getestet wie im folgenden aufgeführt .

Wurde der Formkörper in einen parallelen He-Ne-Laserstrahl von 1 mm Durchmesser eingebracht und der Strahl längs der Zellenachse senkrecht zu den Endplatten hindurchtreten gelassen, so

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S S

erfolgte eine Fokufeierung des Lichts. Es wurde eine Fokussierung auf einem gerade noch innerhalb oder außerhalb des Zellenendes gelegenen Punkt beobachtet. Wurde der Formkörper in aufrechter Position auf eine Seite gedruckten Text unter Drehung der Seite um 180° (in ihrer Ebene) gestellt, so wurde ein vergrößertes Bild des Textes beobachtet. Wurde der Formkörper in die Höhe gehoben, so nahm die Bildgröße ab. Ein umgekehrtes Bild der in die Ferne gerückten Objekte konnte beobachtet werden, wenn die Betrachtung durch das Zentrum der erhaltenen Linse erfolgte.

Beispiel ^

Ein Stab aus Polystyrol von 12,7 πη& Durchmesser und 6,35 Länge wurde in eine Zelle des in Beispiel 1 beschriebenen Typs, deren Zellenlänge jedoch etwa 6,35 mm betrug, eingebracht. Als Streckmittel wurde Di-n-butylphthalat der Formel

GOOG₄H₉

zugegeben, worauf die erhaltene Zellanordnung 47 Stunden lang bei 95°0 erhitzt wurde. Es zeigte sich, daß der erhaltene Formkörper eine linsenähnliche Wirkung aufwies, wenn er in einen parallel gemachten Laserstrahl eingebracht wurde.

Beispiel 6

Dieses Beispiel erläutert einen planar-symmetrisehen Formkörper mit linsenähnlicher Wirkung.

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Ein Streifen aus Polymethylmethacrylat von 50,8 mm Länge und 12,7 mm Breite sowie 6,35 mm Dicke mit flachen polierten Enden wurde in eine Halterung eingebracht, die aus einem äußeren Zylinder aus Polytetrafluoroäthylen etwa der gleichen Länge bestand und einen rechteckigen Hohlraum von etwa 12,7 χ 12,7 mm aufwies. Die Enden des Halters wurden abgedeckt mit:Glasfensterplatten von 6,35 2am Dicke und 31,75 mm Durchmesser. Die Glasendfenster wurden verklammert gehalten durch 1,59 mm dicke Ringabdichtungen aus Stahl mit 25,4- mm innerem und 50,8 mm äußerem Durchmesser. Parallel zu den Zylinder- und Stabachsen verlaufende Schrauben verbanden .die Ringdichtungen und verklammerten sie.

Die als Streckmittel verwendete Diffusionsflüssigkeit wurde durch Seitenlöcher im Polytetrafluoroäthylen-Zylinder zugeführt, worauf die Löcher durch Metallschrauben verschlossen wurden. Als Streckmittelflüssigkeit wurde Äthylendiacetat der 0 0

Formel CH-C-O-CH₀CH₀-O-O-CH, verwendet. Der Streifen aus 3 22 3

Polymer wurde im Zentrum der Zelle angeordnet. Die Zellanordnung wurde mit vertikaler Stabachse 20 Stunden lang in einen Ofen von 90⁰C eingebracht, worauf der Ofen abgeschaltet und auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen wurde. Die erhaltene Zellanordnung wurde sodann aus dem Ofen entfernt und auf linsenähnliche Wirkung getestet.

Danach wurde die Zellanordnung wieder in den Ofen eingebracht und erneut 26 Stunden lang auf 90⁰C erhitzt, worauf sie wieder entfernt, abgekühlt und auf linsenähnliche Wirkung getestet wurde.

Wurde der erhaltene Formkörper in einen parallelen He-Ne-L^aserstrahl von 1 mm Durchmesser eingebracht und der Strahl längs der Zellachse senkrecht zu den Endplatten durchtreten gelassen, so erfolgte eine Fokujsierung des Lichts auf einer Linie ν Der

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Formkörper ergab eine stärkere Linsenwirkung nach 20 Stunden Erhitzung als nach 4-6 Stunden Erhitzung, woraus sich ergibt, daß die kürzere Diffusionszeit zu einem besseren Linsenmaterial führte.

Beispiel 7

Dieses Beispiel erläutert einen zylindrisch-symmetrischen Formkörper mit positiver linsenähnlicher Wirkung.

Ein Stab aus Polymethylmethacrylat von 12,7 mm Durchmesser und 6,35 mm Länge wurde in eine Zelle des in Beispiel 5 beschriebenen Typs eingebracht. Es wurde Äthylendiacetat hinzugefügt und die erhaltene Zellanordnung wurde 43 Stunden lang auf 95°C erhitzt. Der erhaltene Formkörper ließ eine linsenähnliche Wirkung erkennen wenn er in einen parallel gemachten Laserstrahl eingebracht wurde.

Beispiel 8

Dieses Beispiel erläutert einen zylindrisch-symmetrischen Formkörper mit positiver spiegelähnlicher Wirkung, wie sie in dicken Spiegeln auftritt.

Ein Stab aus Polymethylmethacrylat von 50,8 mm Länge und 12,7 mm Durchmesser mit flachen polierten Enden wurde in eine Halterung eingesetzt, die aus einem äußeren konzentrischen Zylinder aus Polytetrafluoroathylen etwa der gleichen Länge bestand. Der Halter hatte eine Wandstärke von etwa 3,17 mm und einen inneren Durchmesser von 25,4- mm. Die Enden des Halters waren abgeschlossen mit 6,35 mm dicken Glasplatten von 31,75 mm Durchmesser. Die Glasendplatten wurden verklammert durch 1,59 mm dicke ringförmige Stahldichtungen von 25,4- mm innerem und 50,8 mm äußerem Durchmesser. Eine der Platten hatte einen Überzug aus Aluminium mit etwa 80 % Reflexionsvermögen auf derjenigen Oberfläche, die sich im Kontakt mit dem Polymerstab befand. Die

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.Ringdichtungen wurden durch Schrauben verbunden, die parallel zu den Zylinder- und Stabachsen verliefen, um eine Verklammerung zu bewirken.

Die als Streckmittel verwendete Diffusionsflüssigkeit wurde durch ein Seitenloch im Polytetrafluoroäthylen-Zylinder zugefügt. Danach wurde das Loch mit einer Metallschraube verschlossen. Die verwendete Streckmittelflüssigkeit bestand aus Äthylendiacetat der Formel

0 0
CH₅-C-O-CH₂CH₂-OC-GH₅. Die erhaltene Zellanordnung wurde mit vertikaler Stabachse 47 Stunden lang in einen Ofen von 95°C eingebracht, worauf der Ofen abgeschaltet und auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen wurde. Die Zellanordnung wurde sodann aus dem Ofen entfernt und auf spiegelähnliche Wirkung getestet.

Wurde in den erhaltenen Formkörper hinein geschaut, so wurde ein umgekehrtes kleineres Bild eines Teils des Gesichts beobachtet, was eine positive spiegelähnliche Wirkung anzeigt, wobei sich das Objekt außerhalb der Brennweite befand.

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Claims

Patentansprüche

1. Transparenter Polymerisatformkörper zur Ablenkung einfallender elektromagnetischer Strahlung mit einer sich durch ihn hindurch erstreckenden optischen Achse, dadurch gekennzeichnet, daß er ein verformten transparentes polymeres Grundmaterial aus einem homogenen glasartigen amorphen Polymer sowie ein in diesem befindliches transparentes organisches Streckmittel aus einer keine Kristallisation des Polymeren bewirkenden niedermolekularen organischen Flüssigkeit mit einem von demjenigen des Polymeren unterschiedlichen ßefraktionsindex, welches im verformten polymeren Grundmaterial einen kontinuierlichen, praktisch senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Hefraktionsindexgradienten bildet, aufweist.

2. Polymerisatformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine benachbart zum verformten Grundmaterial angeordnete reflektierende Bückschicht aufweist, durch welche die optische Achse verläuft.

3. Polymerisatformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei im Abstand voneinander befindliche, praktisch flache und praktisch parallel zueinander angeordnete optische Oberflächen aufweist, durch welche die elektromagnetische Strahlung hindurchtritt.

4. Polymerisatformkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine benachbart zu einer der optischen Oberflächen angeordnete reflektierende Rückschicht aufweist, durch welche die optische Achse verläuft.

5. Polymerisatformkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verformte polymere Grundmaterial in Form eines Zylinders ausgestaltet ist.

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6. Polymerisatformkörper nach Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmittel einen niedrigeren Refraktionsindex als das polymere Grundmaterial aufweist und in einer zu einer positiven Linse führenden Verteilung vorliegt.

7. Polymerisatformkörper nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmittel einen niedrigeren Refraktionsindex als das polymere Grundmaterial aufweist und in einer zu einer negativen Linse führenden Verteilung vorliegt.

8. Polymerisatformkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmittel einen größeren Refraktionsindex
als das polymere Grundmaterial aufweist und in einer zu einer negativen Linse führenden Verteilung vorliegt.

9. Polymerisatformkörper nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmittel einen größeren Refraktionsindex
als das polymere Grundmaterial aufweist und in einer zu einer positiven Linse führenden Verteilung vorliegt.

10. Polymerisatformkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verformte polymere Grundmaterial in Form eines rechtwinkeligen Hexaeders ausgestaltet ist.

11. Polymerisatformkörper nach Anspruch lO, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmittel einen niedrigeren Refraktionεindex als das polymere Grundmaterial aufweist und in einer zu einer zylindrischen Linse führenden Verteilung vorliegt,

12. Polymerisatformkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Streckmittel einen größeren Refraktionsindex
als das polymere Grundmaterial aufweist und in einer zu einer zylindrischen Linse führenden Verteilung vorliegt.

13. Polymerisatformkörper nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß dessen polymeres Grundmaterial bzw. dessen Streck-

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mittel aus Polymethylmethacrylat bzw. Äthylendiacetat, oder aus Polystyrol bzw. Dirnethylphthalat oder Di-n-butylphthalat bestehen.

14. Verfahren zur Herstellung eines transparenten Polymerisatformkörpers zur Ablenkung einfallender elektromagnetischer Strahlung mit einer sich durch ihn hindurch erstreckenden optischen Achse nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man in ein verformtes transparentes polymeres Grundmaterial aus einem homogenen glasartigen amorphen Polymer ein transparentes organisches Streckmittel aus einer keine Kristallisation des Polymeren bewirkenden niedermolekularen organischen Flüssigkeit mit einem von demjenigen des Polymeren unterschiedlichen Refraktionsindex bei einer Temperatur, die niedriger als die Glasübergangstemperatur des Polymeren und größer als die Glasübergangstemperatur des Polymer-Streckmittel-Systems ist, in solcher Weise diffundieren läßt, daß sich im verformten polymeren Grundmaterial ein kontinuierlicher, praktisch senkrecht zur optischen Achse verlaufender Refraktionsindexgradient ausbildet.

15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein polymeres Grundmaterial verwendet, das in Form eines Zylinders ausgestaltet ist, und das Streckmittel in das Grundmaterial aus einem zentral um die optische Achse angeordneten Innenhohlraum diffundieren läßt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein polymeres Grundmaterial verwendet, das in Form eines rechtwinkeligen Hexaeders ausgestaltet ist, und das Streckmittel in das Grundmaterial aus einem zentral um die optische Achse angeordneten Hohlraum diffundieren läßt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man ein polymeres Grundmaterial verwendet, das in Form eines

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Zylinders ausgestaltet ist, und das Streckmittel in das Grundmaterial aus einer außen liegenden Beschickungsquelle diffundieren läßt.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Grundmaterial in Form eines rechtwinkeligen Hexaeders ausgestaltet ist, und das Streckmittel in das Grundmaterial aus einer außen befindlichen Beschickungsquelle diffundieren läßt.

19· Verfahren nach Ansprüchen 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Diffusion bei einer Temperatur durchführt, die etwa 2 bis 25 C unter der Glasübergangstemperatur des Polymeren liegt.

20. Verfahren nach Ansprüchen 14 bis 19i dadurch gekennzeichnet, daß man als Streckmittel Äthylendiacetat und als Polymer Polymethylmethacrylat verwendet.

21. Verfahren nach Ansprüchen 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man als Streckmittel Dimethylphthalat oder Di-n-butylphthalat und als Polymer Polystyrol verwendet.

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