RU2637362C1 - Optical element and method of its manufacture - Google Patents
Optical element and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637362C1 RU2637362C1 RU2016144526A RU2016144526A RU2637362C1 RU 2637362 C1 RU2637362 C1 RU 2637362C1 RU 2016144526 A RU2016144526 A RU 2016144526A RU 2016144526 A RU2016144526 A RU 2016144526A RU 2637362 C1 RU2637362 C1 RU 2637362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- glass
- light
- optical element
- annealing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/12—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements by surface treatment, e.g. by irradiation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/003—Light absorbing elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
Landscapes
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к оптическому приборостроению, а более конкретно к конструкции оптических деталей и узлов оптических и электронно-оптических приборов.The invention relates to optical instrumentation, and more particularly to the design of optical parts and components of optical and electron-optical devices.
Конструкция оптических систем предполагает использование в своем составе большого количества оптических деталей и узлов вследствие необходимости снижения искажения изображения, формируемого системой, вызванных аберрациями (сферической комой, астигматизмом и т.п.).The design of optical systems involves the use of a large number of optical parts and assemblies because of the need to reduce image distortion formed by the system caused by aberrations (spherical coma, astigmatism, etc.).
Периферическую часть оптических деталей и узлов (линз, склеек, входных окон электронно-оптических приборов и т.п.), не участвующую в формировании изображения, т.е. находящуюся за пределами светового диаметра системы, в особенности в широкоугольных многокомпонентных объективах, обычно покрывают черным лаком (см. Конструирование типовых оптических деталей и сборочных единиц оптических приборов электронный учебник по дисциплине: «Основы конструирования оптических приборов» Латышев С.М., Егоров Г.В., Митрофанов С.С, Каракулев Ю.А., Тимощук И.Н. СПбГИТМО(ТУ), Кафедра КиПОП с. 12).The peripheral part of optical parts and assemblies (lenses, adhesives, input windows of electron-optical devices, etc.) that are not involved in image formation, i.e. located outside the light diameter of the system, especially in wide-angle multicomponent lenses, they are usually coated with black varnish (see the Design of typical optical parts and assembly units of optical devices electronic textbook on the subject: "Fundamentals of the design of optical devices" Latyshev SM, Egorov G. V., Mitrofanov S.S., Karakulev Yu.A., Timoshchuk I.N. SPbGITMO (TU), Department of KiPOP p. 12).
Эта операция используется для снижения паразитного светорассеяния на этих поверхностях, которое приводит не только к потерям света, но и самое главное - к ухудшению контраста передаваемого изображения.This operation is used to reduce stray light scattering on these surfaces, which leads not only to light loss, but most importantly - to a deterioration in the contrast of the transmitted image.
Существенными недостатками приведенной конструкции является следующие:Significant disadvantages of the design are the following:
- лак, даже нанесенный на неполированные торцы оптической детали, имеет высокий коэффициент отражения от границы раздела с материалом оптической детали, в результате чего рассеяние, в особенности в многокомпонентных системах, остается высоким;- the varnish, even applied to the unpolished ends of the optical part, has a high reflection coefficient from the interface with the material of the optical part, as a result of which the scattering, especially in multicomponent systems, remains high;
- отдельной проблемой является устранение светорассеяния во входных окнах вакуумных фотоэлектронных приборов (ВФЭП), которые одновременно являются частью оптической системы оптико-электронного прибора ночного видения (ПНВ) или низкоуровневой телевизионной системой (НУТв) - фотоприемного модуля ФПМ.- a separate problem is the elimination of light scattering in the input windows of vacuum photoelectronic devices (VEFEP), which are simultaneously part of the optical system of an optical electronic night vision device (NVD) or low-level television system (NUTV) - a photodetector module FPM.
При изготовлении входных окон ВФЭП использование лаков на органической связке невозможно, т.к. их производство предполагает получение сверхвысокого вакуума при высоких температурах (выше 300°С) при условии отсутствия углеводородов. Вместо лака для таких приборов используют вакуумное или плазменное напыление, описанные, например, в патенте США №4853098 от 01.08.1989 г., при таком способе граница раздела покрытие - подложка также имеет высокий коэффициент отражения (см. Фиг. 1).In the manufacture of VFEP entrance windows, the use of varnishes with an organic bond is impossible, because their production involves obtaining ultra-high vacuum at high temperatures (above 300 ° C), provided that there are no hydrocarbons. Instead of varnish for such devices, vacuum or plasma spraying is used, as described, for example, in US patent No. 4853098 of 08/01/1989, with this method, the coating-substrate interface also has a high reflection coefficient (see Fig. 1).
Авторы патента США №4406973 от 27.09.1983 г. и его усовершенствованный вариант №4661079 от 28.04.1987 г., принятых за аналоги, была предложена конструкция и способ изготовления оптической детали, состоящие в том, что оптическую деталь собирают из цилиндрической вставки и «черного» обрамления, полученного путем спекания двух заготовок с последующей их оптико-механической обработкой.The authors of US patent No. 4406973 dated 09/27/1983 and its improved version No. 4661079 dated 04/28/1987, taken as analogues, a design and method for manufacturing an optical part was proposed, consisting in the fact that the optical part is assembled from a cylindrical insert and black "framing, obtained by sintering two blanks with their subsequent optical-mechanical processing.
Недостатком данной конструкции является разница в показателях преломления спекаемых деталей и, как следствие, отражения света от границы раздела вставки и обрамления, приводящие к светорассеянию. Кроме того, в случае, когда данная конструкция является входным окном ВФЭП, в котором к нему приваривают фотокатодную структуру при высокой температуре (выше точки трансформации стекол вставки и обрамления), при термическом отжиге после сварки возможно возникновение термических напряжений, приводящих к браку фотокатодного узла.The disadvantage of this design is the difference in the refractive indices of the sintered parts and, as a result, the reflection of light from the interface of the insert and the frame, leading to light scattering. In addition, in the case when this design is the input window of the VFEP, in which the photocathode structure is welded to it at a high temperature (above the transformation point of the insert and framing glasses), thermal annealing after welding can cause thermal stresses leading to the rejection of the photocathode assembly.
Наиболее близкими к предлагаемым изобретениям (прототип) являются патент США №4760307 от 26.07.1988 г., где в стекло, предназначенное для изготовления фотокатодного узла ВФЭП вводят активные центры, которые после отжига начинают поглощать свет, или патент США №US 4989960 от 05.02.1991, содержащий в стекле такие центры, обеспечивающие, по мнению авторов, равенство коэффициентов преломления на границе стекло/зачерненное стекло, так что не будет отражения света в слое поглощения (колон. 3, строки 63-68). При этом заготовку необходимо полностью изготовить, оставив припуски на шлифовку и полировку рабочих поверхностей отожженной детали (см. Фиг. 2, 3, 4 первого патента).Closest to the proposed inventions (prototype) are US patent No. 4760307 from 07.26.1988, where active centers are introduced into the glass intended for the manufacture of the photocathode assembly of the WEPH, which after annealing begin to absorb light, or US patent No. 49499960 dated 05.02. 1991, containing such centers in the glass, which, according to the authors, ensure equal refractive indices at the glass / blackened glass interface, so that there will be no reflection of light in the absorption layer (Col. 3, lines 63-68). In this case, the workpiece must be completely made, leaving allowances for grinding and polishing the working surfaces of the annealed part (see Fig. 2, 3, 4 of the first patent).
Поверхности 12d и 12b остаются необработанными.
При сложной форме заготовки шлифовку обычно проводят профилированным алмазным инструментом со связанным абразивом, а полировку вручную или с помощью химических реактивов. Эти операции значительно повышают трудоемкость процессов.With the complex shape of the workpiece, grinding is usually carried out with a profiled diamond tool with a bonded abrasive, and polishing by hand or using chemical reagents. These operations significantly increase the complexity of the processes.
Кроме того, недостатком данного изобретения является необходимость дополнительного травления исходной заготовки в фосфорной кислоте HF для ускорения процесса восстановления активных центров, состоящих из кристаллов KCl, NaCl, KBr, который все равно остается длительным и доходит до 40 часов. Данные кристаллы при использовании в ВФЭП, содержащих атомно чистые поверхности полупроводниковых фотокатодов GaAs, InGaAs, GaN часто несовместимы с такими примесями.In addition, the disadvantage of this invention is the need for additional etching of the initial workpiece in phosphoric acid HF to accelerate the recovery of active centers consisting of KCl, NaCl, KBr crystals, which still remains long and lasts up to 40 hours. These crystals are often incompatible with such impurities when used in WEPH containing atomically clean surfaces of semiconductor GaAs, InGaAs, GaN photocathodes.
Задачей предложенного технического решения является создание оптического элемента с низким светорассеянием на периферических светопоглощающих поверхностях и снижения трудоемкости и себестоимости изготовления детали.The objective of the proposed technical solution is to create an optical element with low light scattering on peripheral light-absorbing surfaces and reduce the complexity and cost of manufacturing parts.
Техническим результатом предложенного технического решения является увеличение коэффициента поглощения светопоглощающей части оптического элемента с одновременным обеспечением сохранения оптических и термомеханических свойств стекла, а также уменьшение необходимости дополнительной оптической обработки.The technical result of the proposed technical solution is to increase the absorption coefficient of the light-absorbing part of the optical element while maintaining the optical and thermomechanical properties of the glass, as well as reducing the need for additional optical processing.
Указанный технический результат достигается тем, что в оптическом элементе, содержащем светопрозрачную рабочую и периферическую светопоглощающую части, изготовленные из оптического стекла, имеющего в составе соединения металлов, светопоглощающая часть содержит слой восстановленной окиси свинца в диапазоне 0,3-0,5%, с плавным увеличением ее концентрации от поверхности вглубь стекла для обеспечения уменьшения преломления и отражения света от границы раздела слой - стекло.The specified technical result is achieved by the fact that in the optical element containing a translucent working and peripheral light-absorbing parts made of optical glass having a metal compound, the light-absorbing part contains a layer of reduced lead oxide in the range of 0.3-0.5%, with a smooth an increase in its concentration from the surface deep into the glass to reduce the refraction and reflection of light from the layer-glass interface.
Также указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления оптического элемента, содержащего светопрозрачную и периферическую светопоглощающую части, изготовленные из оптического стекла с добавкой путем отжига заготовки оптического элемента в восстановительной среде, в качестве упомянутой добавки используют окисел свинца в диапазоне от 0,3-0,5%, отжиг проводят в среде водорода при температуре на 50°C-80°C выше дилатометрической точки размягчения оптического стекла с точностью поддержания температуры ±5°C для обеспечения молирования поверхностей заготовки оптического элемента.Also, the specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing an optical element containing translucent and peripheral light-absorbing parts made of optical glass with an additive by annealing the preform of the optical element in a reducing medium, lead oxide in the range from 0.3- is used as said additive 0.5%, annealing is carried out in a hydrogen medium at a temperature of 50 ° C-80 ° C above the dilatometric softening point of optical glass with an accuracy of maintaining the temperature of ± 5 ° C to ensure values of the surface billet optical element.
Предлагаемые изобретения и исходный уровень техники иллюстрируются чертежами.The proposed invention and the prior art are illustrated by drawings.
На Фиг. 1 показано «черное» покрытие 15 поверхностей входного окна 12 фотоэлектронного прибора согласно патенту США №4853098 от 01.08.1989 г.In FIG. 1 shows a “black”
На Фиг. 2 представлена заготовка прототипа с припусками для отжига. Боковые поверхности заготовки необходимо обработать с оптическим качеством.In FIG. 2 shows a prototype blank with annealing allowances. The side surfaces of the workpiece must be processed with optical quality.
На Фиг. 3 показана эта заготовка после отжига.In FIG. 3 shows this preform after annealing.
На Фиг. 4 показана эта же заготовка после оптической обработки поверхностей 31 и 30.In FIG. 4 shows the same preform after optical processing of
На Фиг. 5 показан пример предлагаемой заготовки входного окна ВФЭП с припусками на оптическую обработку плоских поверхностей после отжига в водороде.In FIG. Figure 5 shows an example of the proposed blank for the input WEPP window with allowances for the optical processing of flat surfaces after annealing in hydrogen.
На Фиг. 6 представлено готовое входное окно ВФЭП после оптической обработки поверхностей А и Б.In FIG. 6 shows the finished input window VEPP after optical processing of surfaces A and B.
Оптический элемент 1 содержит (см. фиг. 6) светопрозрачную 2 и периферическую светопоглощающую 3 части, изготовленные из оптического стекла с добавкой. Светопоглощающая часть 3 содержит восстановленный слой окиси свинца 4, с плавным увеличением ее концентрации от поверхности вглубь стекла для обеспечения уменьшения преломления и отражения света от границы раздела слой - стекло.The
Концентрация добавки окиси свинца содержится в диапазоне 0,3-0,5%.The concentration of lead oxide additives is in the range of 0.3-0.5%.
При изготовлении оптического элемента, содержащего светопрозрачную 2 и периферическую светопоглощающую 3 части, изготовленные из оптического стекла с добавкой путем отжига заготовки 5 оптического элемента в восстановительной среде в качестве добавки используют окисел свинца в диапазоне от 0,3-0,5%, отжиг проводят в среде водорода при температуре на 50°C-80°C выше дилатометрической точки размягчения оптического стекла с точностью поддержания температуры ±5°C для обеспечения молирования поверхностей заготовки оптического элемента.In the manufacture of an optical element containing translucent 2 and peripheral light-absorbing 3 parts made of optical glass with an additive by annealing the
Для проведения оптимального «чернения» нами была использована добавка окиси свинца в количестве 0,3-0,5% в исходное стекло заготовки 5. Такая добавка позволяет обеспечить образование восстановленного слоя PbхOу, в котором величина концентрации плавно увеличивается от поверхности вглубь стекла, в результате чего граница раздела слой - стекло отсутствует. Это позволяет в свою очередь обеспечить светорассеяние. Такое низкое содержание окиси свинца позволяет сохранить оптические и термомеханические свойства исходных стекол (показатель преломления, температурный коэффициент линейного расширения - ТКЛР и др.), таким образом, разработчик оптической системы может проектировать ее, используя каталожные марки стекол, модифицированные окисью свинца. Если необходимо получение полированного края заготовки, который в дальнейшем, после «чернения», не должен подвергаться механической полировке, заготовку отжигают в водороде при температуре на 50°C-80°C выше точки дилатометрического размягчения стекла. В результате поверхность стекла заготовки оплавляется (молируется) без изменения формы и размеров заготовки. Точность поддержания температуры в процессе отжига должна быть не хуже ±5°C. При превышении этой температуры происходит недопустимое изменение размеров заготовки, при более низкой - недостаточное ее «чернение». Такую точность, например, обеспечивает водородная печь для полупроводникового производства СДО-125/3-15.For optimal “blackening” we used lead oxide in an amount of 0.3-0.5% in the initial glass of the
При введении окиси свинца менее 0,3% указанный эффект становится менее выраженным, при содержании окиси свинца более 0,5% свойства исходного стекла (показатель преломления и ТКЛР заметно изменяются).With the introduction of lead oxide of less than 0.3%, this effect becomes less pronounced, with the content of lead oxide of more than 0.5%, the properties of the initial glass (refractive index and LTEC change noticeably).
Финишная операция шлифовки и полировки рабочих поверхностей заготовки осуществляется по типовому технологическому процессу оптического производства. Боковые поверхности заготовки сформированы профилированным алмазным инструментом. На плоскости заданы допуска. После отжига заготовки в водороде на боковых поверхностях заготовки образуется поглощающий свет «черный» слой с коэффициентом поглощения не менее 99,9%, который не требует дополнительной обработки.The finishing operation of grinding and polishing the working surfaces of the workpiece is carried out according to the standard technological process of optical production. The side surfaces of the workpiece are formed by a profiled diamond tool. On the plane, tolerances are specified. After annealing the preform in hydrogen on the side surfaces of the preform, a light-absorbing “black” layer is formed with an absorption coefficient of at least 99.9%, which does not require additional processing.
В качестве примера такой конструкции на фиг. 5 и 6 показаны заготовка и входное окно ВФЭП.As an example of such a construction, FIG. 5 and 6 show the workpiece and the input window of WEPP.
Так как поверхности Д и Е в результате отжига при температуре на 50-80°C выше дилатометрической точки размягчения стекла «молированы», их чистота соответствует полированным поверхностям А и Б. В связи с этим внутри вакуумной оболочки ВФЭП на эти поверхности можно наносить контактные покрытия.Since the surfaces D and E, as a result of annealing at a temperature of 50-80 ° C above the dilatometric softening point, the glass is “molded”, their cleanliness corresponds to the polished surfaces A and B. In this regard, contact coatings can be applied to these surfaces inside the WEPH vacuum coating .
Следующей операцией является изготовление фотокатодного слоя на поверхности А. Так как поверхности А, Д и Е отполированы, металлические контактные покрытия на все эти поверхности наносят с высоким качеством.The next step is to produce a photocathode layer on surface A. Since surfaces A, D and E are polished, metal contact coatings are applied to all these surfaces with high quality.
Показатель преломления стекла без добавки окиси свинца и с такой добавкой не меняется и составляет n=1,48257, а ТКЛР 57×10-7 1/град.The refractive index of glass without the addition of lead oxide and with such an additive does not change and is n = 1.48257, and the TECL is 57 × 10 -7 1 / deg.
Таким образом, при использовании предлагаемых изобретений обеспечивается технический результат, которым является увеличение коэффициента поглощения светопоглощающей части оптического элемента с одновременным обеспечением сохранения оптических и термомеханических свойств стекла, а также уменьшение необходимости дополнительной оптической обработки.Thus, when using the proposed invention provides a technical result, which is to increase the absorption coefficient of the light-absorbing part of the optical element while ensuring the conservation of optical and thermomechanical properties of glass, as well as reducing the need for additional optical processing.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144526A RU2637362C1 (en) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | Optical element and method of its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144526A RU2637362C1 (en) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | Optical element and method of its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2637362C1 true RU2637362C1 (en) | 2017-12-04 |
Family
ID=60581492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016144526A RU2637362C1 (en) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | Optical element and method of its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637362C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2923624A (en) * | 1954-09-15 | 1960-02-02 | Bausch & Lomb | Methods of making reticles |
US4760307A (en) * | 1984-07-26 | 1988-07-26 | N. V. Optische Industrie | Anti-veiling-glare glass input window for an optical device and method for manufacturing such window |
US4961025A (en) * | 1988-08-18 | 1990-10-02 | Itt Corporation | Cathode for image intensifier tube having reduced veiling glare |
US4989960A (en) * | 1988-08-18 | 1991-02-05 | Itt Corporation | Reducing stray light in lensed optical systems |
RU2302022C2 (en) * | 2004-12-31 | 2007-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Геофизика - НВ" | Optical telescope and method of making optical telescope |
-
2016
- 2016-11-14 RU RU2016144526A patent/RU2637362C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2923624A (en) * | 1954-09-15 | 1960-02-02 | Bausch & Lomb | Methods of making reticles |
US4760307A (en) * | 1984-07-26 | 1988-07-26 | N. V. Optische Industrie | Anti-veiling-glare glass input window for an optical device and method for manufacturing such window |
US4760307B1 (en) * | 1984-07-26 | 1995-04-18 | Optische Ind De Oude Delft Nv | Anti-veiling-glare glass input window for an optical device and method for manufacturing such window |
US4961025A (en) * | 1988-08-18 | 1990-10-02 | Itt Corporation | Cathode for image intensifier tube having reduced veiling glare |
US4989960A (en) * | 1988-08-18 | 1991-02-05 | Itt Corporation | Reducing stray light in lensed optical systems |
RU2302022C2 (en) * | 2004-12-31 | 2007-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Геофизика - НВ" | Optical telescope and method of making optical telescope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101962499B1 (en) | Glass articles with infrared reflectivity and methods for making the same | |
US5981392A (en) | Method of manufacturing semiconductor monocrystalline mirror-surface wafers which includes a gas phase etching process, and semiconductor monocrystalline mirror-surface wafers manufactured by the method | |
CN111094204A (en) | Scratch-resistant glass-based textured article and method of making same | |
EP3347746B1 (en) | Optical coatings including buffer layers | |
CN1278152C (en) | Optical element and its manufacturing method | |
US3176575A (en) | Low reflectance optical member coatings with barrier layer | |
EP2430482B1 (en) | Method for producing a reflection-reduced pane | |
WO2013073150A4 (en) | Optical member, image pickup apparatus, and method for manufacturing optical member | |
EP3111257B1 (en) | Durability coating for oxide films for metal fluoride optics | |
RU2637362C1 (en) | Optical element and method of its manufacture | |
US20140320728A1 (en) | Optical member, image pickup apparatus, and method for manufacturing optical member | |
CN105483618A (en) | Film coating method of lens | |
CN115443255A (en) | Glass | |
EP2390685A1 (en) | Method for manufacturing single crystal optical lens | |
JPH0249263B2 (en) | ||
KR910009663B1 (en) | Anti-glare type cathode ray tube | |
RU2645439C1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING MIRRORS FOR SOLID-BODY SRS-LASERS WITH EMISSION WAVELENGTH OF 1.54 mcm | |
JP6288347B2 (en) | Glass substrate for display | |
JP2001261355A (en) | Method of improving strength of end face of glass substrate and glass substrate for flat panel display | |
CN112714881B (en) | Band-pass filter and method for manufacturing the same | |
JP6325460B2 (en) | Optical element manufacturing method | |
CN112499988B (en) | Self-focusing lens and preparation method thereof | |
CN116460667B (en) | Processing method of calcium fluoride optical part | |
JP2013112585A (en) | Treatment method of glass and production method of optical element | |
US20120291491A1 (en) | Method of Manufacturing Optical Component |