RU2313809C2 - Method of producing optical lenses of monocrystals - Google Patents
Method of producing optical lenses of monocrystals Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
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.
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)
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)
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 |
-
2005
- 2005-04-04 RU RU2005109583/28A patent/RU2313809C2/en active
Cited By (3)
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 |