DE1191980B

DE1191980B - Refractive optical element

Info

Publication number: DE1191980B
Application number: DES87729A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Wilhelm Stuermer
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1963-10-04
Filing date: 1963-10-04
Publication date: 1965-04-29

Description

Optisches Brechungselement Die Erfindung betrifft optische Brechungselemente, wie z. B. Linsen, Prismen usw. Solche Elemente werden bekanntlich zum Aufbau optischer Instrumente, wie etwa einer Abbildungsotpik oder als Ausgleichsmittel für optische Verzerrungen benutzt.Optical refractive element The invention relates to optical refractive elements, such as B. Lenses, prisms, etc. Such elements are known to be used in the construction of optical Instruments, such as an imaging gothic or as compensation means for optical Uses distortion.

Der übliche Weg zur Herstellung der optischen Brechungselemente besteht darin, daß etwa aus Glas eine Grundform durch Gießen oder Pressen erzeugt wird und daß diese dann durch Schleifen und Polieren ihre endgültige Gestalt erhält. Es ist bekannt, daß zu dieser Art Herstellung sehr genaue Bearbeitungen notwendig sind. Außerdem ist bei den Schleifvorgängen ein gewisser Ausfall nie zu vermeiden. Mitunter ist es überdies nicht ganz einfach, die äußerlich unregelmäßig geformten Teile zu einer komplizierten Optik zusammenzufügen. Ein ähnliches Problem besteht auch bei den aus Kunststoff hergestellten Brechkörpern.The usual way of making the refractive optical elements is in that a basic shape is produced from glass by casting or pressing and that this is then given its final shape by grinding and polishing. It is known that very precise machining is necessary for this type of production. In addition, a certain failure can never be avoided in the grinding processes. Sometimes it is also not very easy to close the outwardly irregularly shaped parts to assemble a complicated look. There is a similar problem with the breakers made of plastic.

Erfindungsgemäß bestehen optische Brechungselemente aus einem Glaskörper, in welchem eine örtlich unterschiedliche Verteilung des Brechungsindex herrscht, indem der Glaskörper in seiner Masse örtlich unterschiedliche Mengen von Metallionen enthält, die in an sich bekannter Weise auf elektrischem Wege in das Glas hineindifundiert sind durch Aufbringen eines Metalles auf die Oberfläche des Glaskörpers in flächenhaft unterschiedlicher Dicke, durch Anlegen einer Gleichspannung an Elektroden zu beiden Seiten des Glaskörpers und Erhitzen dieser Kombination.According to the invention, optical refractive elements consist of a glass body, in which there is a locally different distribution of the refractive index, in that the glass body has locally different amounts of metal ions in its mass contains, which diffuses into the glass by electrical means in a manner known per se are by applying a metal to the surface of the glass body in two-dimensional different thickness, by applying a DC voltage to electrodes to both Sides of the vitreous and heating this combination.

Unter dem Einfluß einer Gleichspannung wandern bestimmte Metalle, wie z. B. Silber oder Alkalimetalle, bei höherer Temperatur oder die entsprechenden Metallionen aus der Schmelze der entsprechenden Salze in und durch Glas. Im Glas liegen die eingewanderten Metalle im Ionenzustand vor und sind daher unsichtbar, weil sie keine Absorption aufweisen. Sie rufen aber eine Änderung des Brechungsindex hervor. Das Glas hat daher an den Stellen, an welchen eine Einwanderung von Metallionen stattgefunden hat, einen anderen Brechungsindex als dort, wo keine Ionen eingewandert sind. Das Maß der Änderung ist daher abhängig von der jeweils vorliegenden Konzentration der Ionen. Als besonders geeignet haben sich Hartgläser erwiesen.Certain metals migrate under the influence of a direct voltage, such as B. silver or alkali metals, at a higher temperature or the corresponding Metal ions from the melt of the corresponding salts in and through glass. In the glas if the immigrated metals are in the ionic state and are therefore invisible, because they have no absorption. But they call for a change in the refractive index emerged. The glass therefore has an immigration of metal ions at those points has taken place, a different index of refraction than where no ions have migrated are. The extent of the change is therefore dependent on the concentration present in each case of ions. Hard glasses have proven to be particularly suitable.

Entsprechend der Erfindung ausgestaltete Brechungskörper brauchen keinesfalls äußerlich die bekannten gekrümmten Formen aufweisen, sondern können sogar als planparallele Glasplatten mit wechselndem Brechungsindex ausgeführt werden.Need refractive bodies designed in accordance with the invention by no means externally have the known curved shapes, but can can even be designed as plane-parallel glass plates with a changing refractive index.

Eine Brechungselement, welches entsprechend der Erfindung ausgestaltet ist, wird etwa erhalten durch Aufdampfen eines Metalls, wie z. B. Silber oder eines Alkalimetalls, auf eine Glasplatte. Die Aufdampfung erfolgt etwa durch eine geeignete Schablone. Hierauf werden Elektroden, die z. B. aus kolloidalem Graphit bestehen können, auf die beiden Seiten der Glasplatte aufgebracht und daran eine Gleichspannung von etwa 120 V angelegt. Der so vorbereitete Glaskörper wird dann auf 300 bis 400° C erhitzt. Dabei fließt in den ersten Minuten je nach Größe der Fläche und Glasdichte ein Strom von einigen 10 mA, welcher im Laufe von 10 Minuten auf Null zurückgeht, wenn alle Metallatome eingewandert sind. Nach dem Entfernen der Elektroden ist an den Stellen, an denen das Metall eindiffundiert ist, eine deutliche, von der Konzentration der Ionen abhängige Änderung des Brechungsindex zu bemerken.A refractive element designed in accordance with the invention is obtained, for example, by vapor deposition of a metal such as e.g. B. silver or one Alkali metal, on a glass plate. The vapor deposition takes place, for example, by a suitable one Template. Then electrodes, which z. B. consist of colloidal graphite can, applied to both sides of the glass plate and a DC voltage on it of about 120V is applied. The glass body prepared in this way is then set to 300 to 400 ° C heated. It flows in the first few minutes depending on the size of the area and the density of the glass a current of a few 10 mA, which goes back to zero in the course of 10 minutes, when all metal atoms have migrated. After removing the electrodes is on the places where the metal has diffused in, a clear one from the concentration notice the change in the refractive index as a function of the ions.

Elektroden aus kolloidalem Graphit haben den Vorteil, daß sie nachträglich in einfacher Weise durch Abwaschen entfernt werden können. Es sind aber auch andere, etwa elastische, an die bedampfte Glasplatte anlegbare Elektroden verwendbar.Colloidal graphite electrodes have the advantage that they can be used subsequently can be easily removed by washing off. But there are also others for example elastic electrodes which can be placed on the vapor-coated glass plate can be used.

Die Metallionen können auch aus einer geeigneten Metallsalzschmelze in das Glas eingebracht werden. Eine solche Methode ist beispielsweise zur Herstellung von Photokathoden in Vakuumgefäßen bekannt. Vorzugsweise wird ein Gemisch von Metallsalzen als Schmelze verwendet, um die Schmelztemperatur möglichst niedrig zu halten und einen Angriff am Glas zu vermeiden. Durch Einführen geeignet geformter, etwa gebogener Elektroden in eine derartige Schmelze ist es möglich, zu unterschiedlichen Dichteverteilungen der eingewanderten Metallionen im Glas zu kommen.The metal ions can also be obtained from a suitable molten metal salt be introduced into the glass. One such method is, for example, to manufacture known from photocathodes in vacuum vessels. A mixture of metal salts is preferred used as a melt in order to keep the melting temperature as low as possible and to avoid attacking the glass. By inserting suitably shaped, for example curved ones Electrodes in such a melt, it is possible to have different density distributions of the immigrated metal ions in the glass.

An Hand der Zeichnung ist die Erfindung nachfolgend weiter erläutert. In der F i g. 1 ist der Querschnitt durch eine zur Eindiffusion einer aufgedampften Metallschicht vorbereitete Glasplatte dargestellt und in der F i g. 2 der Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brechungselement, bei welchem zur Veranschaulichung die Konzentration der eindiffundierten Ionen eingezeichnet ist.The invention is further explained below with reference to the drawing. In FIG. 1 is the cross section through a vapor-deposited for diffusion Metal layer prepared glass plate shown and in the F i g. 2 the cross section by a refractive element according to the invention, in which for illustration the Concentration of the diffused ions is shown.

Auf die Glasplatte 1 ist eine in der Mitte dicke und nach den Seiten zu dünner werdende Silberauflage 2 aufgedampft. Zu beiden Seiten der Platte wird dann je eine Schicht aus kolloidalem Graphit 3,4 angebracht und mit je einem Pol der 150 V führenden Gleichstromquelle 5 verbunden. Die Silberauflage 2 wird durch Erhitzen zum Eindiffundieren in die Glasplatte 1 gebracht. Das Eindiffundieren ist bei einer Temperatur von 300 bis 400° C in etwa 10 Minuten erfolgt. A silver plating 2 which is thick in the middle and thinning towards the sides is vapor-deposited on the glass plate 1. A layer of colloidal graphite 3, 4 is then applied to both sides of the plate and each connected to a pole of the 150 V direct current source 5. The silver plating 2 is caused to diffuse into the glass plate 1 by heating. Diffusion took place at a temperature of 300 to 400 ° C. in about 10 minutes.

Wenn die so behandelte Glasplatte 1 abgekühlt ist, werden die beiden Graphitschichten 3 und 4 abgewaschen. Dadurch wird die in F i g. 2 im Schnitt dargestellte Glasplatte von rechteckigem Querschnitt erhalten. In der Glasplatte 1 befinden sich die an sich unsichtbaren Silberionen, welche im Zentrum der Platte eine größere Anreicherung aufweisen und nach den Rändern der Platte zu abnehmen. Es wird die in F i g. 2 dargestellte Verteilung erhalten, bei der im oberen Teil der Platte die eingewanderten Silberionen enthalten sind, während der untere Teil von eingewanderten Ionen frei bleibt. Der mit 6 bezeichnete obere Teil erhält dabei linsenartige Form und besitzt entsprechend dem Brechungsexponenten n = 1,43 eine Brechkraft, die von derjenigen abweicht, die der unverändert gebliebene Teil 1 mit dem Brechungsexponenten n = 1,492 besitzt. Die behandelte Glasplatte stellt damit eine Linse mit äußerlich planparallelen Flächen dar, die z. B. als Korrekturplatte für eine Schmidtoptik verwendet werden kann. When the glass plate 1 treated in this way has cooled down, the two graphite layers 3 and 4 are washed off. As a result, the in F i g. 2 glass plate shown in section of rectangular cross-section. In the glass plate 1 are the invisible silver ions, which have a greater concentration in the center of the plate and decrease towards the edges of the plate. It is shown in FIG. 2 obtained, in which the immigrated silver ions are contained in the upper part of the plate, while the lower part remains free of immigrated ions. The upper part labeled 6 is given a lens-like shape and, corresponding to the refractive exponent n = 1.43, has a refractive power which differs from that which the unchanged part 1 with the refractive exponent n = 1.492 has. The treated glass plate thus represents a lens with externally plane-parallel surfaces which, for. B. can be used as a correction plate for a Schmidt optics.

Claims

Claim: Optical refractive element made of glass, which in his Mass contains locally different amounts of metal ions, which at increased Temperature introduced into the glass under the influence of a constant electric field are, d a -characterized in that the distribution of metal ions in the mass of the refractive element depending on the locally different distribution the refractive power of the element is selected. Publications considered: German Patent application 0 670 VI b / 32 b (published October 25, 1951); U.S. Patent No. 592 429.