WO2014131426A1 - Verfahren zum pressen eines optischen linsenelementes - Google Patents

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optical lens
upper mold
lower mold
mold
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Wolfram Wintzer
Andreas Baatzsch
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Docter Optics Se
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/005—Pressing under special atmospheres, e.g. inert, reactive, vacuum, clean
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00—Press-moulding glass
    • C03B2215/40—Product characteristics
    • C03B2215/41—Profiled surfaces
    • C03B2215/414—Arrays of products, e.g. lenses

Definitions

  • the invention relates to a method for pressing an optical lens element, in particular an array having a plurality of lenses, in particular a microlens array, by means of at least one lower mold and at least one upper mold.
  • the aforementioned object is achieved by a method for pressing an optical lens element, in particular an array having a plurality of lenses, in particular a microlens array, by means of at least one lower mold and at least one upper mold,
  • a blank according to the invention is in particular a Gob.
  • a heated blank may be a blank (reheated from room temperature) in the context of the invention.
  • a heated blank according to the invention may also be a blank which has been tempered and / or whose temperature gradient has been reversed. The reversal of temperature gradients is disclosed, for example, in DE 20 2006 005 261 U1 or DE 1 1 2007 000 182.8.
  • a heated blank according to the invention has in particular a temperature which is so high that it can be pressed or blank pressed.
  • a subform in the sense of the invention may be, for example, a plate or a form plate.
  • a seal according to the invention comprises in particular a bellows or a bellows.
  • a seal according to the invention comprises in particular a bellows or bellows made of metal.
  • a suitable metal is for example steel and / or aluminum.
  • a seal according to the invention does not affect in particular the lower mold and / or the upper mold.
  • a seal according to the invention is in particular spaced from the upper mold and / or from the lower mold.
  • a suitable distance is in particular not less than 10 mm.
  • An optical lens element in the sense of the invention has in particular a surface or an optically active surface which comprises a microstructure or a grid-shaped microstructure or a periodic microstructure or a grid-shaped periodic microstructure.
  • a suitable microstructure is disclosed, for example, in DE 10 2008 023 551 A1.
  • a microstructure in the sense of the invention is in particular a structure with an extension or amplitude in the, in particular single-digit, micrometer range.
  • An optically effective surface in the sense of the invention is in particular a surface on which, when the optical lens element is used as intended, the direction of light passing through this surface is changed.
  • Transparent material is in the sense of the invention, in particular glass.
  • Transparent material is in the context of the invention, in particular inorganic glass.
  • Transparent material is in the sense of the invention, in particular silicate glass.
  • Transparent material is in the context of the invention, in particular B270.
  • Transparent material is in the context of the invention, in particular F2.
  • Transparent material is in the context of the invention, in particular glass, such as it is described in PCT / EP2008 / 010136.
  • Glass according to the invention comprises in particular
  • blank presses are to be understood in particular to press an optically active surface in such a way that a subsequent reworking of the contour of this optically effective surface can be dispensed with or is omitted or not provided for. It is thus provided in particular that a bright-pressed surface is not ground after the blank presses.
  • the upper mold and the lower mold can be approached to each other by moving the upper mold on the lower mold and / or the lower mold on the upper mold (vertical).
  • the upper mold and the lower mold are in particular fed to each other until they touch or form a closed overall shape.
  • step (b) the upper mold and the lower mold are moved together in particular so far that the distance (in particular the vertical distance) between the upper mold and the blank is not less than 4 mm and / or not more than 10 mm.
  • step (f) (at step (e) subsequently or after step (e)) generates normal pressure in the airtight space.
  • Normal pressure within the meaning of the invention is in particular atmospheric (air) pressure.
  • Normal pressure within the meaning of the invention is in particular the pressure prevailing outside the seal or air pressure.
  • the seal is opened or moved back to its original position.
  • step (g) (subsequently or afterwards, or during step (f)) the top and bottom molds are separated.
  • the upper mold and the lower mold can be moved apart by moving the upper mold away from the lower mold and / or moving the lower mold away from the upper mold.
  • the optical lens element is removed in a further advantageous embodiment of the invention.
  • the optical lens element is cooled in accordance with a predetermined cooling regime.
  • a predetermined waiting time is awaited before the pressing of the optical lens element (or between step (d) and step (e)).
  • the predetermined waiting time is not more than 3s (minus the duration of step (d)).
  • the predetermined waiting time is not less than 1 s (minus the duration of step (d)).
  • the negative pressure is not greater than 0.1 bar, not greater than 0.05 bar.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a mold for carrying out the method according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an upper mold of the mold according to FIG. 2 for carrying out the method according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 4 shows an embodiment of an optical lens element in a side view
  • FIG. 5 shows the optical lens element according to FIG. 4 in a plan view.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a method for pressing an optical lens element, as it is exemplified in Fig. 4 and Fig. 5 disclosed.
  • It is in one step 101 is heated from a transparent material blank or eg tempered so that it is colder inside than outside. However, it can also be provided that the blank is heated in such a way that it has an approximately homogeneous temperature distribution. The blank may (partly) come out of the melt.
  • step 102 in which the heated blank is placed in or on a lower mold.
  • a suitable mold for pressing the optical lens element is shown in FIG. 2, wherein the mold is shown in a cross section.
  • reference numeral 1 denotes the lower mold and reference numeral 2 a - in Fig.
  • the mold comprises a seal which has a bellows 5 not shown in cross-section and an upper sealing surface 6 and a lower sealing surface 7.
  • the seal are associated with hydraulic cylinders 8 and 9, by means of which the upper sealing surface 6 can be moved up and down. When lowering the upper sealing surface 6, the bellows unfolded. 5
  • step 103 in which the upper mold and the lower mold are closed to each other, without the upper mold and the lower mold form a closed overall shape.
  • step 104 the upper sealing surface 6 is moved to the lower sealing surface 7 to produce an airtight space in which the upper mold 2 and the lower mold 1 are arranged.
  • the seal formed from bellows 5 and upper sealing surface 6 in cooperation with the lower sealing surface 7, closed.
  • a negative pressure of about 0.05 bar is generated in the airtight space.
  • the process is stopped so that the duration of the step 105 corresponds to a predetermined duration.
  • a predetermined duration is not less than 1 second and / or not more than 3 seconds.
  • a subsequent step 106 the blank is blank-pressed by bringing the upper and lower molds together to form the optical lens element, a closed overall shape being formed by the collapse of the upper mold and lower mold. It follows a step 107, in which the upper mold and the lower mold are moved apart. In a subsequent step 108, the optical lens element is removed and fed to a cooling path for cooling according to a predetermined cooling regime.

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Abstract

Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pressen eines optischen Linsenelementes, insbesondere eines Arrays mit mehreren Linsen, insbesondere eines Mikrolinsenarrays, mittels zumindest einer Unterform (1) und zumindest einer Oberform (2), wobei ein erwärmter Rohling aus transparentem Material in oder auf der Unterform (1) platziert wird, wobei die Oberform (2) und die Unterform (1) aufeinander zugefahren werden ohne dass die Oberform (2) und die Unterform (1) eine geschlossene Gesamtform bilden, wobei eine Dichtung zu Erzeugung eines luftdichten Raumes, in dem die Oberform (2) und die Unterform (19 angeordnet sind, geschlossen wird, wobei in dem luftdichten Raum ein Unterdruck erzeugt wird, und wobei die Oberform (2 und die Unterform (1) zum Pressen des optischen Linsenelementes aufeinander zugefahren werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Oberform (2) und die (1) Unterform eine geschlossene Gesamtform bilden.

Description

Verfahren zum Pressen eines optischen Linsenelementes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pressen eines optischen Linsenelementes, insbesondere eines Arrays mit mehreren Linsen, insbesondere eines Mikrolinsenarrays, mittels zumindest einer Unterform und zumindest einer Oberform.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Oberfläche eines gepressten bzw. blankgepressten optischen Bauteils bzw. optischen Linsenelements zu verbessern.
Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Pressen eines optischen Linsenelementes, insbesondere eines Arrays mit mehreren Linsen, insbesondere eines Mikrolinsenarrays, mittels zumindest einer Unterform und zumindest einer Oberform, gelöst,
(a) wobei ein erwärmter Rohling aus transparentem Material in oder auf der Unterform platziert wird,
(b) wobei (anschließend oder danach) die Oberform und die Unterform (zueinander positioniert und) aufeinander zugefahren werden ohne dass die Oberform und die Unterform eine geschlossene Gesamtform bilden,
(c) wobei (anschließend oder danach) eine Dichtung zu Erzeugung eines luftdichten Raumes, in dem die Oberform und die Unterform angeordnet sind, geschlossen wird,
(d) wobei (anschließend oder danach) in dem luftdichten Raum ein Unterdruck erzeugt wird,
(e) und wobei (anschließend oder danach) die Oberform und die Unterform zum (insbesondere beid- bzw. allseitigem) (Blank)Pressen des optischen Linsenelementes (insbesondere vertikal) aufeinander zugefahren werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Oberform und die Unterform eine geschlossene Gesamtform bilden. Ein Rohling im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Gob. Ein erwärmter Rohling kann im Sinne der Erfindung ein (von Raumtemperatur) wiedererwärmter Rohling sein. Ein erwärmter Rohling im Sinne der Erfindung kann jedoch auch ein Rohling sein, der temperiert worden ist und/oder dessen Temperaturgradient umgekehrt wurde. Das Umkehren von Temperaturgradienten ist zum Beispiel in der DE 20 2006 005 261 U1 oder der DE 1 1 2007 000 182.8 offenbart. Ein erwärmter Rohling im Sinne der Erfindung hat insbesondere eine Temperatur, die so hoch ist, dass er gepresst bzw. blankgepresst werden kann.
Eine Unterform im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel eine Platte bzw. eine Formplatte sein.
Eine Dichtung im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere einen Balg bzw. einen Faltenbalg. Eine Dichtung im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere einen Balg bzw. Faltenbalg aus Metall. Ein geeignetes Metall ist beispielsweise Stahl und/oder Aluminium. Eine Dichtung im Sinne der Erfindung berührt insbesondere die Unterform und/oder die Oberform nicht. Eine Dichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere von der Oberform und/oder von der Unterform beabstandet. Ein geeigneter Abstand ist insbesondere nicht kleiner als 10 mm.
Ein optisches Linsenelement im Sinne der Erfindung weist insbesondere eine Oberfläche bzw. eine optisch wirksame Oberfläche auf, die eine Mikrostruktur bzw. eine rasterförmige Mikrostruktur bzw. eine periodische Mikrostruktur bzw. eine rasterförmige periodische Mikrostruktur umfasst. Eine geeignete Mikrostruktur offenbart zum Beispiel die DE 10 2008 023 551 A1. Eine Mikrostruktur im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Struktur mit einer Ausdehnung bzw. Amplitude im, insbesondere einstelligen, Mikrometerbereich. Eine optisch wirksame Oberfläche im Sinne der Erfindung ist insbesondere eine Oberfläche, an der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des optischen Linsenelementes die Richtung von Licht, das durch diese Oberfläche durchtritt, geändert wird.
Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Glas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere anorganisches Glas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Silikatglas. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere B270. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere F2. Transparentes Material ist im Sinne der Erfindung insbesondere Glas, wie es in der PCT/EP2008/010136 beschrieben ist. Glas im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere
0,2 bis 2 Gew.-% Al203,
0,1 bis 1 Gew.-% Li20,
0,3, insbesondere 0,4, bis 1 ,5 Gew.-% Sb203,
60 bis 75 Gew.-% Si02,
3 bis 12 Gew.-% Na20,
3 bis 12 Gew.-% K20 und
3 bis 12 Gew.-% CaO.
Unter Blankpressen soll im Sinne der Erfindung insbesondere verstanden werden, eine optisch wirksame Oberfläche derart zu pressen, dass eine anschließende Nachbearbeitung der Kontur dieser optisch wirksamen Oberfläche entfallen kann bzw. entfällt bzw. nicht vorgesehen ist. Es ist somit insbesondere vorgesehen, dass eine blankgepresste Oberfläche nach dem Blankpressen nicht geschliffen wird.
Die Oberform und die Unterform können dadurch aufeinander zugefahren werden, dass die Oberform auf die Unterform und/oder die Unterform auf die Oberform (vertikal) zubewegt wird.
Zum Pressen werden die Oberform und die Unterform insbesondere solange aufeinander zugefahren, bis sie sich berühren bzw. eine geschlossene Gesamtform bilden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden im Schritt (b) die Oberform und die Unterform insbesondere so weit zusammengefahren, dass der Abstand (insbesondere der vertikale Abstand) zwischen der Oberform und dem Rohling nicht weniger als 4 mm und/oder nicht mehr 10 mm beträgt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird
(f) (an Schritt (e) anschließend oder nach Schritt (e)) in dem luftdichten Raum Normaldruck erzeugt. Normaldruck im Sinne der Erfindung ist insbesondere atmosphärischer (Luft)Druck. Normaldruck im Sinne der Erfindung ist insbesondere der außerhalb der Dichtung herrschende Druck bzw. Luftdruck. Anschließend oder danach wird in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Dichtung geöffnet bzw. in ihre Ausgangsposition zurückgefahren. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden
(g) (anschließend oder danach oder während Schritt (f)) die Oberform und die Unterform auseinander gefahren. Die Oberform und die Unterform können dadurch auseinander gefahren werden, dass die Oberform von der Unterform weg und/oder die Unterform von der Oberform weg bewegt wird. Anschließend oder danach wird in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das optische Linsenelement entnommen. Anschließend oder danach wird in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das optische Linsenelement gemäß einem vorbestimmten Kühlregime abgekühlt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Pressen des optischen Linsenelementes (bzw. zwischen Schritt (d) und Schritt (e)) eine vorbestimmte Wartezeit abgewartet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die vorbestimmte Wartezeit nicht mehr als 3s (abzüglich der Dauer des Schrittes (d)). In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die vorbestimmte Wartezeit nicht weniger als 1s (abzüglich der Dauer des Schrittes (d)).
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Unterdruck nicht größer als 0,1 bar, nicht größer als 0,05bar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Pressen eines optischen Linsenelementes,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Form zur Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Oberform der Form gemäß Fig. 2 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Linsenelementes in einer Seitenansicht und Fig. 5 das optische Linsenelement gemäß Fig. 4 in einer Draufsicht.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Pressen eines optischen Linsenelementes, wie es beispielhaft in Fig. 4 und Fig. 5 offenbart ist. Dabei wird in einem Schritt 101 ein aus transparentem Material Rohling erwärmt bzw. z.B. derart temperiert, dass er innen kälter ist als außen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Rohling derart erwärmt wird, dass er eine annähernd homogene Temperaturverteilung aufweist. Die des Rohlings kann (z.T.) aus der Schmelze kommen. Es folgt ein Schritt 102, in dem der erwärmte Rohling in oder auf einer Unterform platziert wird. Eine geeignete Form zum Pressen des optischen Linsenelements zeigt Fig. 2, wobei die Form in einem Querschnitt dargestellt ist. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 1 die Unterform und Bezugszeichen 2 eine - in Fig. 3 vergrößert dargestellte - Oberform zum Pressen des optischen Linsenelements. Die Form umfasst eine Dichtung, die einen, nicht im Querschnitt dargestellten Faltenbalg 5 und eine obere Dichtfläche 6 sowie eine untere Dichtfläche 7 aufweist. Der Dichtung sind Hydraulikzylinder 8 und 9 zugeordnet, mittels der die obere Dichtfläche 6 rauf und runter gefahren werden kann. Beim Runterfahren der oberen Dichtfläche 6 entfaltet sich der Faltenbalg 5.
Es folgt ein Schritt 103, in dem die Oberform und die Unterform aufeinander zugefahren werden, ohne dass die Oberform und die Unterform eine geschlossene Gesamtform bilden. In einem folgenden Schritt 104 wird die obere Dichtfläche 6 zur Erzeugung eines luftdichten Raumes, in dem die Oberform 2 und die Unterform 1 angeordnet sind, auf die untere Dichtfläche 7 gefahren. Dadurch wird die Dichtung, gebildet aus Faltenbalg 5 und oberer Dichtfläche 6 im Zusammenwirken mit der unteren Dichtfläche 7, geschlossen.
Es folgt ein Schritt 105, in dem in dem luftdichten Raum ein Unterdruck von etwa 0,05 bar erzeugt wird. Zudem wird der Prozess angehalten, sodass die Dauer des Schrittes 105 einer vorbestimmten Dauer entspricht. Eine vorbestimmte Dauer ist insbesondere nicht kleiner als 1 Sekunde und/oder nicht länger als 3 Sekunden.
In einem nachfolgenden Schritt 106 wird der Rohling durch zusammenfahren der Ober- und der Unterform zu dem optischen Linsenelement blankgepresst, wobei durch das Zusammenfahren von Oberform und Unterform eine geschlossene Gesamtform gebildet wird. Es folgt ein Schritt 107, in dem die Oberform und die Unterform auseinandergefahren werden. In einem nachfolgendem Schritt 108 wird das optische Linsenelement entnommen und einer Kühlbahn zum Abkühlen gemäß einem vorbestimmten Kühlregime zugeführt.

Claims

PA T E N TA N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Pressen eines optischen Linsenelementes, insbesondere eines Arrays mit mehreren Linsen, insbesondere eines Mikrolinsenarrays, mittels zumindest einer Unterform und zumindest einer Oberform, wobei ein erwärmter Rohling aus transparentem Material in oder auf der Unterform platziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberform und die Unterform aufeinander zugefahren werden ohne dass die Oberform und die Unterform eine geschlossene Gesamtform bilden, wobei eine Dichtung zu Erzeugung eines luftdichten Raumes, in dem die Oberform und die Unterform angeordnet sind, geschlossen wird, wobei in dem luftdichten Raum ein Unterdruck erzeugt wird, und wobei die Oberform und die Unterform zum Pressen des optischen Linsenelementes aufeinander zugefahren werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Oberform und die Unterform eine geschlossene Gesamtform bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem luftdichten Raum Normaldruck erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberform und die Unterform auseinander gefahren werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Pressen des optischen Linsenelementes eine vorbestimmte Wartezeit abgewartet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Wartezeit nicht mehr als 3s beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Wartezeit nicht weniger als 1s beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung einen Balg umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung einen Faltenbalg aus Metall umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck nicht größer ist als 0,1 bar.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck nicht größer ist als 0,05bar.
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