RU2313809C2 - Method of producing optical lenses of monocrystals - Google Patents

Method of producing optical lenses of monocrystals Download PDF

Info

Publication number
RU2313809C2
RU2313809C2 RU2005109583/28A RU2005109583A RU2313809C2 RU 2313809 C2 RU2313809 C2 RU 2313809C2 RU 2005109583/28 A RU2005109583/28 A RU 2005109583/28A RU 2005109583 A RU2005109583 A RU 2005109583A RU 2313809 C2 RU2313809 C2 RU 2313809C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
lens
axis
punch
coordinate system
Prior art date
Application number
RU2005109583/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005109583A (en
Inventor
Василий Николаевич Ветров (RU)
Василий Николаевич Ветров
Борис Александрович Игнатенков (RU)
Борис Александрович Игнатенков
Виктор Александрович Письменный (RU)
Виктор Александрович Письменный
Гурий Тимофеевич Петровский (RU)
Гурий Тимофеевич Петровский
Энгельс Николаевич Рыжиков (RU)
Энгельс Николаевич Рыжиков
Константин Владимирович Дукельский (RU)
Константин Владимирович Дукельский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority to RU2005109583/28A priority Critical patent/RU2313809C2/en
Publication of RU2005109583A publication Critical patent/RU2005109583A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2313809C2 publication Critical patent/RU2313809C2/en

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: optical engineering.
SUBSTANCE: method can be used for production of profiled configuration lenses from leucosapphire and from other single-axis crystals for optical systems of modern optical and electro-optical devices operating within visible and IR-red spectrum ranges. Method is based upon production of concave-convex blanks due to plastic bend deformation of plates made of Z-cut of Al2O3 crystals by punch in form of spherical segment. Optical axis of lens is oriented along axis of symmetry of blank. Entrance surface of lens is formed by means of methods of rejection of excess layer of material from blank. The surface has to be aspheric surface; it provides passage of parallel bundle of beams along optical axes after they had been refracted. Equation for axial section of aspheric surface in polar coordinate system has the following form: r=(R(n-1))/((n(1+tg2α)1/2-1)cosα, where r and α are parameters of polar coordinate system; n is refractivity of common beam; R is radius of surface of punch. Concave-convex lenses can be produced being free from double refraction and being transparent within 25000-2000 cm-1 range.
EFFECT: improved efficiency.

Description

Изобретение относится к технологии получения линз оптических систем современных оптических и оптоэлектронных приборов, работающих в видимой и ИК-области спектров, и может быть использовано при получении линз из лейкосапфира и других одноосных кристаллов.The invention relates to a technology for producing lenses of optical systems of modern optical and optoelectronic devices operating in the visible and IR spectral ranges, and can be used to obtain lenses from leucosapphire and other uniaxial crystals.

Известен способ получения оптических деталей пресс-ковкой пластин моно- и поликристаллических материалов на основе твердых растворов оксидов магния и алюминия (см. Amer. Ceram. Soc. Bull., 1981, 60, № 2, p.255-256.) Указанный способ не позволяет получать вогнуто-выпуклые линзы из оптических кристаллических сред с некубической структурой.A known method of obtaining optical parts by pressing forging plates of single and polycrystalline materials based on solid solutions of magnesium and aluminum oxides (see Amer. Ceram. Soc. Bull., 1981, 60, No. 2, p. 255-256.) The specified method It does not allow to obtain concave-convex lenses from optical crystalline media with a non-cubic structure.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является технология получения линз из Z-срезов кристаллов MgF2 и Al2O3, которые подвергают пластической деформации изгиба. Однако указанный способ не обеспечивает минимизацию двулучепреломления, т.к. не учитывает условия центрирования и ориентации оси симметрии заготовки оптической детали и готовой линзы, а также изготовление входящей асферической поверхности линзы, обеспечивающей прохождение параллельного пучка лучей после преломления вдоль оптических осей, образующих веер после пластической деформации (см. патент РФ №1773956, приоритет от 13.02.90, МПК C30В 33/00, 29/12, 29/20, опубл. 07.11.92).Closest to the proposed technical solution is the technology for producing lenses from Z-sections of MgF 2 and Al 2 O 3 crystals, which are subjected to plastic bending. However, this method does not minimize birefringence, because does not take into account the conditions of centering and orientation of the axis of symmetry of the workpiece of the optical part and the finished lens, as well as the manufacture of the incoming aspherical surface of the lens, which ensures the passage of a parallel beam of rays after refraction along the optical axes forming a fan after plastic deformation (see RF patent No. 1773956, priority from 13.02 .90, IPC C30B 33/00, 29/12, 29/20, publ. 07.11.92).

Задачей предлагаемого технического решения является получение вогнуто-выпуклых линз для параллельного пучка света без двулучепреломления, прозрачных в области 25000-2000 см-1.The objective of the proposed technical solution is to obtain concave-convex lenses for a parallel beam of light without birefringence, transparent in the region of 25000-2000 cm -1 .

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения оптических линз, включающем изготовление вогнуто-выпуклых заготовок путем пластической деформации изгиба плоско-параллельных пластинок из Z-среза кристаллов Al2O3, в отличие от прототипа, пластическую деформацию изгиба осуществляют пуансоном в виде сферического сегмента, далее входящую поверхность линзы формируют с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как асферическую поверхность, которая обеспечивает после преломления прохождение параллельного пучка лучей вдоль оптических осей, а оптическую ось линзы ориентируют по оси симметрии заготовки, причем уравнение осевого сечения асферической поверхности в полярной системе координат имеет следующий вид r=(R(n-1))/((n(1+tg2α)1/2-1)cosα), где r и α - параметры полярной системы координат, n - показатель преломления обыкновенного луча, R - радиус рабочей поверхности пуансона.This goal is achieved by the fact that in the method of producing optical lenses, including the manufacture of concave-convex blanks by plastic bending of plane-parallel plates from a Z-section of Al 2 O 3 crystals, in contrast to the prototype, plastic bending is carried out by a punch in the form of a spherical segment , then the incoming surface of the lens is formed using the methods of removing from the workpiece an excess layer of material as an aspherical surface, which ensures parallel passage through refraction UČKA rays along the optical axes and the optical axis of the lens is oriented axially preform symmetry, the equation axial section of an aspheric surface in the polar coordinate system has the form r = (R (n-1)) / ((n (1 + tg 2 α) 1/2 -1) cosα), where r and α are the parameters of the polar coordinate system, n is the refractive index of an ordinary ray, R is the radius of the working surface of the punch.

Существенным отличием заявляемого способа является использование полусферического пуансона или пуансона в виде сегмента сферы при пластической деформации изгиба и формирование входящей поверхности линзы как асферической, которая обеспечивает, после преломления, прохождение лучей вдоль сходящегося пучка оптических осей, образующих прямой круглый конус, при этом оптическую ось линзы ориентируют по оси симметрии заготовки.A significant difference of the proposed method is the use of a hemispherical punch or punch in the form of a sphere segment during plastic deformation of the bend and the formation of the incoming surface of the lens as aspherical, which ensures, after refraction, the passage of rays along a converging beam of optical axes forming a straight round cone, while the optical axis of the lens orient along the axis of symmetry of the workpiece.

Сущность изобретения заключается в следующем: монокристаллы Al2O3, т.е. лейкосапфир - кристаллическая среда, обладающая ценными оптическими свойствами и уникальным их сочетанием, является оптически одноосным кристаллом. Группа симметрии лейкосапфира содержит зеркально-поворотную ось шестого порядка - ось Z, что обуславливает осевую симметрию свойств монокристалла, в том числе оптических. Поэтому оптические свойства кристаллов лейкосапфира характеризуются двумя значениями показателя преломления, nо и ne, которым соответствуют две волновые поверхности показателя преломления (сфера и эллипсоид вращения в рамках правил Френеля для решения задач распространения света в анизотропных средах), симметричные относительно оси Z кристалла. Вдоль направления оптической оси свет распространяется как в оптически изотропной среде, т.е. направления лучей и оптических нормалей электромагнитных волн совпадают. Во всех остальных направлениях распространение света зависит от двух значений показателя преломления и характеризуются тем, что между направлением луча и волновой нормалью образуется угол. Указанная особенность позволяет выделить подобные материалы как оптически одноосные кристаллы и весьма ограничивает их использование в проходной оптике.The invention consists in the following: single crystals of Al 2 O 3 , i.e. leucosapphire - a crystalline medium with valuable optical properties and their unique combination, is an optically uniaxial crystal. The symmetry group of leucosapphire contains a sixth-order mirror-rotational axis - the Z axis, which determines the axial symmetry of the properties of a single crystal, including optical ones. Therefore, the optical properties of leucosapphire crystals are characterized by two values of the refractive index, n о and n e , which correspond to two wave surfaces of the refractive index (a sphere and an ellipsoid of revolution within the framework of Fresnel rules for solving problems of light propagation in anisotropic media), symmetric about the Z axis of the crystal. Along the direction of the optical axis, light propagates as in an optically isotropic medium, i.e. directions of rays and optical normals of electromagnetic waves coincide. In all other directions, the propagation of light depends on two values of the refractive index and is characterized by the fact that an angle is formed between the direction of the beam and the wave normal. This feature makes it possible to isolate such materials as optically uniaxial crystals and very limits their use in pass-through optics.

В таких кристаллах существует единственное направление, при распространении вдоль которого луч света не разлагается на обыкновенный и необыкновенный. Это направление является оптической осью кристалла, а плоскопараллельная пластинка, перпендикулярная этой оси, называется пластинкой Z-среза.In such crystals there is a unique direction, when propagating along which a ray of light does not decompose into ordinary and extraordinary. This direction is the optical axis of the crystal, and a plane-parallel plate perpendicular to this axis is called a Z-slice plate.

Для получения линзы без двулучепреломления для параллельного пучка света, направленного по оптической оси линзы, недостаточно пластической деформации изгиба. В данном случае, обеспечивается радиальное расположение оптических осей, но не обеспечивается прохождение лучей после преломления, вдоль направления последних, а при несовпадении оси симметрии заготовки и оптической оси линзы из-за возникновения асимметрии возникает вредное двулучепреломление в линзе. Это ограничивает использование данного уникального материала, обладающего широкой спектральной областью прозрачности и высокими значениями показателя преломления, для изготовления вогнуто-выпуклых линз, используемых в сигнальных оптических системах.To obtain a lens without birefringence for a parallel beam of light directed along the optical axis of the lens, plastic bending is not enough. In this case, a radial arrangement of the optical axes is ensured, but the rays after refraction are not provided along the directions of the latter, and if the symmetry axis of the workpiece and the optical axis of the lens do not coincide, harmful birefringence occurs in the lens due to asymmetry. This limits the use of this unique material, which has a wide spectral region of transparency and high values of refractive index, for the manufacture of concave-convex lenses used in signal optical systems.

Отмеченный недостаток устраняется тем, что пластическую деформацию изгиба проводят полусферическим пуансоном или пуансоном в виде сегмента сферы, а входящую поверхность линзы изготавливают технологическими приемами удаления избыточного слоя материала как асферическую поверхность, которая обеспечивает, после преломления, прохождение лучей параллельного пучка света вдоль сходящегося пучка оптических осей, образующих прямой круглый конус, при этом ось симметрии заготовки и оптическая ось линзы должны совпадать между собой. В результате пластической деформации полусферическим пуансоном или сферическим сегментом происходит разворот оптических осей вдоль радиусов полусферы и далее входящую поверхность линзы изготавливают как асферическую поверхность, которая обеспечивает, после преломления, прохождение лучей параллельного пучка света вдоль оптических осей, образующих прямой круглый конус, причем ось симметрии заготовки и оптическая ось линзы должны совпадать между собой для исключения возникновения двулучепреломления, обусловленного асимметрией линзы. Параллельный пучок света, падающий на входящую асферическую поверхность линзы, после преломления пройдет вдоль радиальных оптических осей без двулучепреломления при соблюдении условия: совпадения оси симметрии заготовки и оптической оси линзы.The noted drawback is eliminated by the fact that plastic deformation of the bend is carried out with a hemispherical punch or a punch in the form of a sphere segment, and the incoming lens surface is made by technological methods for removing an excess layer of material as an aspherical surface, which ensures, after refraction, the passage of rays of a parallel light beam along a converging beam of optical axes forming a straight circular cone, while the axis of symmetry of the workpiece and the optical axis of the lens should coincide. As a result of plastic deformation by a hemispherical punch or a spherical segment, the optical axes are rotated along the hemisphere radii and then the incoming lens surface is made as an aspherical surface, which, after refraction, passes the rays of a parallel light beam along the optical axes forming a straight round cone, and the axis of symmetry of the workpiece and the optical axis of the lens must coincide to exclude the occurrence of birefringence due to asymmetry of the lens s. A parallel light beam incident on the incoming aspherical surface of the lens, after refraction, will pass along the radial optical axes without birefringence, subject to the condition: the symmetry axis of the workpiece coincides with the optical axis of the lens.

В качестве примера были получены вогнуто-выпуклые линзы из лейкосапфира диаметром 80 и 120 мм. Полученные линзы имели следующие характеристики.As an example, concave-convex lenses from leucosapphire with a diameter of 80 and 120 mm were obtained. The obtained lenses had the following characteristics.

ТаблицаTable № опытаExperience number Радиус (мм) и форма пуансонаRadius (mm) and punch shape Уравнение осевого сечения асферической пов-тиEquation of axial section of aspherical rotate Отклонение (град) оси сим. Заготовки от оптич. Оси линзыDeviation (deg) axis sim. Procurement from opt. Axis lenses Сила линзыLens power ДвулучепреломлениеBirefringence 1one 60,0 полусфера60.0 hemisphere 1*one* 00 ПоложительнаяPositive ОтсутствуетAbsent 22 60,0 полусфера60.0 hemisphere 2*2 * 15fifteen ПоложительнаяPositive Естьthere is 33 переменный параболоидvariable paraboloid 1*one* 00 НулеваяZero Естьthere is 4four 60,0 полусфера60.0 hemisphere 2*2 * 00 НулеваяZero Естьthere is 55 60,0 полусфера60.0 hemisphere 1*one* 88 ПоложительнаяPositive Естьthere is 66 130,0 сегмент сферы130.0 sphere segment 1*one* 00 ПоложительнаяPositive ОтсутствуетAbsent 77 130,0 сегмент сферы130.0 sphere segment 1*one* 20twenty НулеваяZero Естьthere is 1* В полярной системе координат r=(R(n-1))/((n(1+tg2α)1/2-1)cosα), где r и α - параметры полярной системы координат, n - показатель преломления обыкновенного луча, R - радиус внешней - рабочей поверхности полусферы.1 * In the polar coordinate system, r = (R (n-1)) / ((n (1 + tg 2 α) 1/2 -1) cosα), where r and α are the parameters of the polar coordinate system, n is the refractive index of an ordinary ray, R is the radius of the outer - working surface of the hemisphere. 2* В декартовой системе координат y=5,395 10-5 x3+0.008 х2+0.012 x-0.023, где x и y - координаты сечения асферической поверхности.2 * In the Cartesian coordinate system, y = 5,395 10 -5 x 3 +0.008 x 2 +0.012 x-0.023, where x and y are the coordinates of the cross-section of the aspherical surface.

Как видно из таблицы, при пластической деформации изгиба пуансоном в виде сферического сегмента, когда входящая поверхность линзы является асферической и обеспечивает после преломления прохождение параллельного пучка лучей вдоль оптических осей и при этом ось симметрии заготовки и оптическая ось линзы совпадают между собой, двулучепреломление в линзе для параллельного пучка отсутствует.As can be seen from the table, during plastic bending deformation by a punch in the form of a spherical segment, when the incoming surface of the lens is aspherical and ensures the passage of a parallel beam of rays along the optical axes after refraction, and the axis of symmetry of the workpiece and the optical axis of the lens coincide, birefringence in the lens for there is no parallel beam.

Claims (1)

Способ получения оптических линз из монокристаллов, включающий изготовление вогнутовыпуклых заготовок путем пластической деформации изгиба плоскопараллельных пластинок из Z-среза кристаллов Al2O3, отличающийся тем, что пластическую деформацию изгиба осуществляют пуансоном в виде сферического сегмента, далее входящую поверхность линзы формируют с помощью методов удаления с заготовки избыточного слоя материала как асферическую поверхность, которая обеспечивает после преломления прохождение параллельного пучка лучей вдоль оптических осей, а оптическую ось линзы ориентируют по оси симметрии заготовки, причем уравнение осевого сечения асферической поверхности в полярной системе координат имеет следующий вид r=(R(n-1))/((n(1+tg2α)1/2-1)cosα), где r и α - параметры полярной системы координат, n - показатель преломления обыкновенного луча, R - радиус поверхности пуансона.A method of producing optical lenses from single crystals, including the manufacture of concave-convex blanks by plastic bending of plane-parallel plates from a Z-section of Al 2 O 3 crystals, characterized in that the plastic bending is carried out by a punch in the form of a spherical segment, then the incoming lens surface is formed using removal methods from the workpiece of an excess layer of material as an aspherical surface, which ensures, after refraction, the passage of a parallel beam of rays along the optical their axes, and the optical axis of the lens is oriented along the symmetry axis of the workpiece, and the equation of the axial section of the aspherical surface in the polar coordinate system has the following form r = (R (n-1)) / ((n (1 + tg 2 α) 1/2 -1) cosα), where r and α are the parameters of the polar coordinate system, n is the refractive index of an ordinary ray, and R is the radius of the surface of the punch.
RU2005109583/28A 2005-04-04 2005-04-04 Method of producing optical lenses of monocrystals RU2313809C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005109583/28A RU2313809C2 (en) 2005-04-04 2005-04-04 Method of producing optical lenses of monocrystals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005109583/28A RU2313809C2 (en) 2005-04-04 2005-04-04 Method of producing optical lenses of monocrystals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005109583A RU2005109583A (en) 2006-09-10
RU2313809C2 true RU2313809C2 (en) 2007-12-27

Family

ID=37112629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005109583/28A RU2313809C2 (en) 2005-04-04 2005-04-04 Method of producing optical lenses of monocrystals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2313809C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482522C2 (en) * 2011-06-16 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Flat lens made from leucosapphire and method of making said lens
RU2539682C1 (en) * 2013-10-16 2015-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Leucosapphire flat-concave lens forming flat wavefront for extraordinary beams
RU2592722C1 (en) * 2015-06-08 2016-07-27 Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Method for production of aspheric lens from leuco sapphire

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482522C2 (en) * 2011-06-16 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Flat lens made from leucosapphire and method of making said lens
RU2539682C1 (en) * 2013-10-16 2015-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Leucosapphire flat-concave lens forming flat wavefront for extraordinary beams
RU2592722C1 (en) * 2015-06-08 2016-07-27 Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Method for production of aspheric lens from leuco sapphire

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005109583A (en) 2006-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11561372B2 (en) Optical imaging lens including eight lenses of +−+++−+−, +−+−+−+−, +−+−−−++, +−+−−−+−, +−+++−−− or +−−−+−+− refractive powers
TW201823798A (en) Optical lens assembly
CN107193109B (en) Optical imaging system
TWI607235B (en) Imaging lens
US20230288672A1 (en) Optical imaging lens
RU2313809C2 (en) Method of producing optical lenses of monocrystals
RU2386155C1 (en) Large-aperture lens
RU2377614C1 (en) Method of making optical lenses from leucosapphire
RU2285757C2 (en) Optical lenses production method
RU2482522C2 (en) Flat lens made from leucosapphire and method of making said lens
CN204154990U (en) Passenger cabin head-up display system
RU2310216C2 (en) Method of making optical lenses with minimal birefringence
CN207081864U (en) A kind of large-numerical aperture is used for the optical system that fibre bundle couples with detector
RU2348059C1 (en) Large-aperture lens
RU2555183C1 (en) Flat lens from leuco sapphire with focus of e waves
RU162339U1 (en) TWO-LENS LENS
RU163268U1 (en) TWO-LENS LENS
RU162318U1 (en) TWO-LENS LENS
RU2289830C1 (en) Gradient lens
RU18202U1 (en) LIGHT LIGHT FOR THE NEAR IR SPECTRUM AREA
RU77457U1 (en) LENS
RU2592722C1 (en) Method for production of aspheric lens from leuco sapphire
RU2620201C1 (en) Method of producing shallow leucosapphire lens with minimal birefringence
CN104199131B (en) It is a kind of for expanding or the single non-spherical lens of shrink beam
RU2539682C1 (en) Leucosapphire flat-concave lens forming flat wavefront for extraordinary beams

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20140812