RU2810680C1 - Method of forming astigmatism and higher orders of zernike polynomials with coefficients n=m (n≥2) on surface of optical elements - Google Patents

Method of forming astigmatism and higher orders of zernike polynomials with coefficients n=m (n≥2) on surface of optical elements Download PDF

Info

Publication number
RU2810680C1
RU2810680C1 RU2023125378A RU2023125378A RU2810680C1 RU 2810680 C1 RU2810680 C1 RU 2810680C1 RU 2023125378 A RU2023125378 A RU 2023125378A RU 2023125378 A RU2023125378 A RU 2023125378A RU 2810680 C1 RU2810680 C1 RU 2810680C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
axisymmetric
profile
forming
ion beam
diaphragm
Prior art date
Application number
RU2023125378A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Вячеславович Малышев
Михаил Сергеевич Михайленко
Алексей Евгеньевич Пестов
Михаил Николаевич Торопов
Алексей Константинович Чернышев
Николай Иванович Чхало
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН) filed Critical Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2810680C1 publication Critical patent/RU2810680C1/en

Links

Abstract

FIELD: optical instrument making.
SUBSTANCE: invention concerns a method of forming astigmatism and higher orders of Zernike polynomials on the surface of optical elements. The method includes calculating the cross sections that form the ion beam of the diaphragms, calculating the dependence of the rotation speed on the angular position of the part, and rotating the optical part in accordance with the calculated speed behind the calculated diaphragm forming the profile of the ion beam. Processing is performed in two stages. At the first stage, non-axisymmetric processing is performed first calculating the diaphragm corresponding to the non-axisymmetric component of the aspherization profile and the dependence of the rotation speed of the part on its angular position relative to the diaphragm forming the ion beam. At the second stage, axisymmetric processing is performed first calculating the forming diaphragm corresponding to the axisymmetric component of the aspherization profile.
EFFECT: possibility of manufacturing aspherical optical elements with a non-axisymmetric surface profile.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому процессу формирования оптических элементов из оптических материалов, в частности, плавленого кварца, компенсирующих астигматизм или другие аберрации волнового фронта, описываемые полиномами Цернике с m=n, где m и n целые положительные и больше либо равны 2.The invention relates to a technological process for forming optical elements from optical materials, in particular fused quartz, that compensate for astigmatism or other wavefront aberrations described by Zernike polynomials with m=n, where m and n are positive integers and greater than or equal to 2.

Известный метод изготовления асферических оптических элементов с неосесимметричным профилем поверхности - точение малоразмерным полировальником на ЧПУ станке. Данный метод позволяет получать качественные оптические поверхности для видимого и ИК диапазонов длин волн (ошибка формы результирующей поверхности по среднеквадратическому отклонению (СКО) от расчетной на уровне 100 нм). Однако, такие параметры не удовлетворяют требованиям мягкого рентгеновского (MP) и экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) диапазонов длин волн, для которых, в силу короткой длины волны (λ=1-30 нм), требуемая точность формы находится на уровне ~ 1-5 нм по параметру СКО. Спецификой данного диапазона длин волн является отсутствие преломляющей оптики, а зеркальная оптика основана на многослойных интерференционных структурах - рентгеновских зеркалах, которые обладают высокой чувствительностью к шероховатости поверхности. Таким образом, помимо точной формы поверхность оптических элементов должна обладать низкой шероховатостью. В то время как при обработке поверхности оптических элементов малоразмерным режущим инструментом на поверхности развивается шероховатость (в ходе точения разрушается приповерхностный слой обрабатываемой заготовки), а также образуется рельеф с латеральными размерами, соответствующими шагу резца, что приводит к существенному снижению коэффициентов отражения многослойных рентгеновских зеркал и ухудшению разрешения рентгенооптической системы.A well-known method for manufacturing aspherical optical elements with a non-axisymmetric surface profile is turning with a small-sized polishing pad on a CNC machine. This method makes it possible to obtain high-quality optical surfaces for the visible and IR wavelength ranges (the error in the shape of the resulting surface in terms of standard deviation (RMS) from the calculated one is 100 nm). However, such parameters do not satisfy the requirements of the soft X-ray (MP) and extreme ultraviolet (EUV) wavelength ranges, for which, due to the short wavelength (λ = 1-30 nm), the required shape accuracy is at the level of ~ 1-5 nm according to the standard deviation parameter. The specificity of this wavelength range is the absence of refractive optics, and mirror optics is based on multilayer interference structures - X-ray mirrors, which are highly sensitive to surface roughness. Thus, in addition to the precise shape, the surface of the optical elements must have low roughness. While when processing the surface of optical elements with a small-sized cutting tool, roughness develops on the surface (during turning, the near-surface layer of the workpiece is destroyed), and a relief with lateral dimensions corresponding to the cutter pitch is formed, which leads to a significant decrease in the reflectance of multilayer X-ray mirrors and deterioration of the resolution of the X-ray optical system.

Например, в документах (патент RU 2609610 «Способ формообразования асферических поверхностей крупногабаритных оптических деталей и устройство для его реализации» (публ. 02.02.2017 г., МПК В24В 13/06); патент US 7164964 «Method for producing an aspherical optical element)) (публ. 16.01.2007 г., МПК G06F 19/00), авторское свидетельство SU 947113 «Способ формообразования поверхностей оптических деталей)) (публ. 30.07.1982 г., МПК С03С 23/00) и CN 101376229 A ((Processing method and device for forming aspheric surface part by numerical control tangent line turning method)) (публ. 04.03.2009 г., МПК B24B 13/04)) описываются различные виды режущего или полирующего инструмента и способы контроля, позволяющие создавать асферические оптические элементы как осесимметричные, так и внеосевые. Однако такой подход приводит к появлению ошибок формы поверхности, из-за биений инструмента и/или детали формируются высокочастотные ошибки формы поверхности, имеющие периодичность по радиусу и по углу (М.Н. Торопов, А.А. Ахсахалян, И.В. Малышев, М.С. Михайленко, А.Е. Пестов, Н.Н. Салащенко, А.К. Чернышев, Н.И. Чхало, «Линзовый корректор волнового фронта для изучения плоских поверхностей)), Журнал технической физики, 2021, т. 91, вып.10, с. 1583-1587), что что также не позволяет использовать полученные по этой методике оптические элементы в изображающих системах MP и ЭУФ диапазонов длин волн. Однако стоит заметить, что профиль таких ошибок в случае осесимметричной асферизации зачастую имеет значительный вклад ошибок, описывающихся полиномами Цернике с коэффициентами n=m.For example, in documents (patent RU 2609610 “Method for shaping aspherical surfaces of large-sized optical parts and a device for its implementation” (published 02.02.2017, IPC V24V 13/06); patent US 7164964 “Method for producing an aspherical optical element) ) (published 01/16/2007, IPC G06F 19/00), copyright certificate SU 947113 “Method of shaping the surfaces of optical parts)) (published 07/30/1982, IPC S03C 23/00) and CN 101376229 A (( Processing method and device for forming aspheric surface part by numerical control tangent line turning method)) (published 03/04/2009, IPC B24B 13/04)) describes various types of cutting or polishing tools and control methods that allow the creation of aspheric optical elements both axisymmetric and off-axis. However, this approach leads to surface shape errors; due to tool and/or part runout, high-frequency surface shape errors are formed, which have periodicity in radius and angle (M.N. Toropov, A.A. Akhsakhalyan, I.V. Malyshev , M. S. Mikhailenko, A. E. Pestov, N. N. Salashchenko, A. K. Chernyshev, N. I. Chkhalo, “Lens wave front corrector for studying flat surfaces)”, Journal of Technical Physics, 2021, t 91, issue 10, p. 1583-1587), which also does not allow the use of optical elements obtained using this technique in imaging systems of the MP and EUV wavelength ranges. However, it is worth noting that the profile of such errors in the case of axisymmetric aspherization often has a significant contribution of errors described by Zernike polynomials with coefficients n=m.

Таким образом, чтобы довести поверхность до требований MP и ЭУФ диапазонов длин волн, приходится проводить финишную коррекцию, что осуществляется методом ионно-пучкового травления (IBF - ion beam figuring). Коррекция осуществляется путем сканирования малоразмерным ионным пучком по поверхности детали. С помощью такого подхода удается получить поверхности с точностью формы по параметру СКО на уровне 1 нм и менее (Y. Lu, X. Xie, L. Zhou, Z. Dai, G. Chen, «Improve optics fabrication efficiency by using a radio frequency ion beam figuring tool», Applied Optics, 2017, 56, 260-266; Zhang Y., Fang F., Huang W., Fan W, «Dwell Time Algorithm Based on Bounded Constrained Least Squares Under Dynamic Performance Constraints of Machine Tool in Deterministic Optical Finishing)), International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2021, 8, 1415-1427). Для этих целей используются ионные источники с размером ионного пучка от нескольких сантиметров до субмиллиметра и значением ионного тока в пучке до нескольких мА. Например, в патенте CN 105328535 «Nanometer-precision optical curved-face ion beam processing method based on non-linear modeling)) (публ. 07.11.2017 г., МПК B24B 1/00, B24B 13/00) и в патенте CN 103831675 «Device and method for processing ion beam of large-diameter optical element)) (публ. 30.03.2016 г., МПК B24B 1/00) предложены алгоритмы расчета процесса коррекции и предложены источники ускоренных ионов, формирующие малоразмерный ионный пучок. Причем в CN 105328535 предлагается задавать диаметр пучка за счет применения обрезающих диафрагм, что не целесообразно, поскольку с уменьшением диаметра отверстия квадратично падает ток ионов и, соответственно, скорость обработки. В патенте CN 103831675 предлагается использовать источник с фокусировкой ионного пучка, что более эффективно, но даже в этом случае скорость обработки поверхности будет очень низкой из-за малого размера ионного пучка и низкого ионного тока. Поэтому такой двухстадийный процесс (механическая асферизация с последующей коррекцией) является чрезвычайно сложным и требующим значительного времени.Thus, in order to bring the surface to the requirements of the MP and EUV wavelength ranges, it is necessary to carry out finishing correction, which is carried out by the ion beam etching method (IBF). Correction is carried out by scanning a small-sized ion beam over the surface of the part. Using this approach, it is possible to obtain surfaces with shape accuracy in terms of the standard deviation parameter at a level of 1 nm or less (Y. Lu, X. Xie, L. Zhou, Z. Dai, G. Chen, “Improve optics fabrication efficiency by using a radio frequency ion beam computing tool", Applied Optics, 2017, 56, 260-266; Zhang Y., Fang F., Huang W., Fan W., "Dwell Time Algorithm Based on Bounded Constrained Least Squares Under Dynamic Performance Constraints of Machine Tool in Deterministic Optical Finishing), International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, 2021, 8, 1415-1427). For these purposes, ion sources with an ion beam size from several centimeters to submillimeter and an ion current in the beam of up to several mA are used. For example, in the CN patent 105328535 “Nanometer-precision optical curved-face ion beam processing method based on non-linear modeling)) (published 11/07/2017, IPC B24B 1/00, B24B 13/00) and in the CN patent 103831675 “Device and method for processing ion beam of large-diameter optical element)) (published March 30, 2016, IPC B24B 1/00) algorithms for calculating the correction process are proposed and sources of accelerated ions that form a small-sized ion beam are proposed. Moreover, CN 105328535 proposes to set the beam diameter through the use of cutting diaphragms, which is not advisable, since as the hole diameter decreases, the ion current and, accordingly, the processing speed decrease quadratically. The CN 103831675 patent suggests using a focused ion beam source, which is more efficient, but even then the surface processing speed will be very low due to the small size of the ion beam and the low ion current. Therefore, such a two-stage process (mechanical aspherization followed by correction) is extremely complex and time-consuming.

Поэтому в последнее время все чаще предлагают осуществлять асферизацию для оптических систем коротковолнового диапазона длин волн по методике, предложенной в конце XX века (Eisenberg N.P., Carouby R., Broder J, «Aspheric generation on glass by ion beammilling», Proceedings of SPIE, 1988, 1038, 279-287), а именно путем вращения детали позади фигурной диафрагмы, ограничивающей широкий ионный пучок. Существуют источники с очень большими (несколько сотен мА) токами ионов и высокой параллельностью ионного пучка (N.I. Chkhalo, I.A. Kaskov, I.V. Malyshev, M.S. Mikhaylenko, A.E. Pestov, V.N. Polkovnikov, N.N. Salashchenko, M.N. Toropov, I.G. Zabrodin, «High-performance facility and techniques for high-precision machining of optical components by ion beams», Precision Engineering, 2017, 48, 338-346), что позволяет проводить значительные съемы материала со скоростью несколько мкм в час и формировать практически сколь угодно большой градиент глубины травления вдоль радиуса.Therefore, recently it has increasingly been proposed to carry out aspherization for optical systems in the short-wave range according to the technique proposed at the end of the 20th century (Eisenberg N.P., Carouby R., Broder J, “Aspheric generation on glass by ion beammilling”, Proceedings of SPIE, 1988 , 1038, 279-287), namely by rotating the part behind the shaped diaphragm that limits the wide ion beam. There are sources with very large (several hundred mA) ion currents and high parallelism of the ion beam (N.I. Chkhalo, I.A. Kaskov, I.V. Malyshev, M.S. Mikhaylenko, A.E. Pestov, V.N. Polkovnikov, N.N. Salashchenko, M.N. Toropov, I.G. Zabrodin, “High-performance facility and techniques for high-precision machining of optical components by ion beams", Precision Engineering, 2017, 48, 338-346), which allows for significant material removal at a rate of several microns per hour and the formation of an almost arbitrarily large gradient of etching depth along the radius .

Наиболее близкое по технической сущности изобретение представлено в патенте RU 2793080 C1 «Способ осесимметричной коррекции оптических деталей произвольной формы» (опубл. 28.03.2023 г., МПК В24В 13/06), в котором описывается способ формирования асферических осесимметричных поверхностей ионным пучком. Способ-прототип включает поиск профиля асферики, сечения диафрагмы, формирующей профиль ионного пучка, и вращение детали позади этой диафрагмы вокруг оси, проходящей либо через центр детали, либо через некоторую точку пространства, являющуюся осью профиля асферики (для внеосевой асферики). Такой подход является очень перспективным и позволяет получать высококачественные асферические поверхности без формирования высокочастотных ошибок формы. Способ позволяет изготавливать как отражающие, так и преломляющие оптические элементы, поскольку на поверхность заготовки не производится никакого напыления. Недостатком описанного способа является невозможность формировать оптические детали с профилем, не имеющим осевой симметрии.The invention that is closest in technical essence is presented in patent RU 2793080 C1 “Method for axisymmetric correction of optical parts of arbitrary shape” (published on March 28, 2023, IPC V24V 13/06), which describes a method for forming aspherical axisymmetric surfaces with an ion beam. The prototype method involves searching for the aspheric profile, the cross-section of the diaphragm that forms the ion beam profile, and rotating the part behind this diaphragm around an axis passing either through the center of the part or through a certain point in space, which is the axis of the aspheric profile (for off-axis aspherics). This approach is very promising and makes it possible to obtain high-quality aspherical surfaces without the formation of high-frequency shape errors. The method makes it possible to produce both reflective and refractive optical elements, since no deposition is performed on the surface of the workpiece. The disadvantage of the described method is the inability to form optical parts with a profile that does not have axial symmetry.

Одним из простейших случаев асферики без осевой симметрии является астигматизм, который является частой ошибкой при изготовлении сферических деталей. Астигматизм возникает в случае упругой деформации детали в оправе при изготовлении ее методом притира, когда деталь вынимается из оправы и деформация расправляется. В этом случае, как правило возникает ошибка формы - астигматизм. Кроме того, часто необходимо компенсировать волновые аберрации типа астигматизм и схожие с ним по природе аберрации более высокого порядка, которые возникают при использовании оптических элементов в схемах с внеосевым падением излучения либо такие ошибки уже присутствуют на поверхности детали (появляются при изготовлении вследствие биений инструмента и/или детали при изготовлении детали на режущем станке) и их необходимо устранить. Такие деформации волнового фронта описываются полиномами Цернике (см. формулы 1 и 2) с коэффициентами разложения m=n (m и n целые, положительные).One of the simplest cases of asphericity without axial symmetry is astigmatism, which is a common error in the manufacture of spherical parts. Astigmatism occurs in the case of elastic deformation of a part in the frame during its manufacture using the lapping method, when the part is removed from the frame and the deformation is straightened out. In this case, as a rule, a shape error occurs - astigmatism. In addition, it is often necessary to compensate for wave aberrations such as astigmatism and higher order aberrations similar in nature, which arise when using optical elements in circuits with off-axis radiation incidence, or such errors are already present on the surface of the part (appear during manufacturing due to tool runout and/ or parts when making a part on a cutting machine) and must be eliminated. Such wavefront deformations are described by Zernike polynomials (see formulas 1 and 2) with expansion coefficients m=n (m and n are integers, positive).

Четные полиномы Цернике определяют следующим образом:Even Zernike polynomials are defined as follows:

Нечетные полиномы определяют как:Odd polynomials are defined as:

где m и n - целые неотрицательные числа, n≥m≥0,where m and n are non-negative integers, n≥m≥0,

ρ - радиус,ρ - radius,

ϕ - азимутальный угол.ϕ - azimuthal angle.

Радиальная часть многочленов определяют следующим образом:The radial part of the polynomials is defined as follows:

Астигматизм соответствует многочлену с m=n=2.Astigmatism corresponds to a polynomial with m=n=2.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа формирования оптических элементов с асферической формой поверхности типа астигматизм и более высоких порядков полиномов Цернике с коэффициентами разложения n=m. Т.е. выражения 1-3 приводятся к виду:The problem to be solved by this invention is the development of a method for forming optical elements with an aspherical surface shape such as astigmatism and higher orders of Zernike polynomials with expansion coefficients n=m. Those. expressions 1-3 are reduced to the form:

Четные многочлены:Even polynomials:

Нечетные:Odd:

Профиль поверхности, описывающийся этими выражениями может быть разложен на две составляющие осесимметричную и неосесимметричную.The surface profile described by these expressions can be decomposed into two components, axisymmetric and non-axisymmetric.

Осесимметричная составляющая описывается выражением:The axisymmetric component is described by the expression:

Неосесимметричная составляющая описывается выражением:The non-axisymmetric component is described by the expression:

где С - константа, С>1. Выбирается из условий доступных для реального процесса (определяется максимально возможной скоростью вращения детали). Таким образом, технический результат достигается в два этапа. На первом этапе необходимо сформировать осесимметричную составляющую профиля формы поверхности, на втором неосесимметричную. Оказалось, что для реализации неосесимметричного профиля, описываемого выражением (8), можно воспользоваться такой же геометрией технологического процесса, как и для осесимметричного, описываемого выражением (7), но с изменяющейся угловой скоростью вращения детали, позади формирующей пучок диафрагмы. Техническая реализация метода заключается в управлении скоростью вращения вала шагового двигателя путем увеличения, либо уменьшения частоты управляющих импульсов, подаваемых на его обмотки.where C is a constant, C>1. Selected from the conditions available for the real process (determined by the maximum possible rotation speed of the part). Thus, the technical result is achieved in two stages. At the first stage, it is necessary to form an axisymmetric component of the surface shape profile, and at the second, a non-axisymmetric component. It turned out that to implement a non-axisymmetric profile, described by expression (8), it is possible to use the same geometry of the technological process as for the axisymmetric one, described by expression (7), but with a changing angular velocity of rotation of the part behind the diaphragm forming the beam. The technical implementation of the method consists in controlling the rotation speed of the stepper motor shaft by increasing or decreasing the frequency of control pulses supplied to its windings.

Для формирования требуемого распределения угловая скорость вращения должна изменяться согласно выражению 9:To form the required distribution, the angular velocity of rotation must change according to expression 9:

Сечение формирующей ионный пучок диафрагмы для создания, заданного неосесимметричного профиля, описывающегося выражением (8), в данном случае определяется выражением:The cross section of the ion beam-forming diaphragm to create a given non-axisymmetric profile, described by expression (8), in this case is determined by the expression:

На втором этапе необходимо создать осесимметричную составляющую. Для этого вырезается диафрагма с сечением описывающимся следующим выражением:At the second stage, it is necessary to create an axisymmetric component. To do this, a diaphragm is cut out with a cross section described by the following expression:

Вращение детали позади диафрагмы с таким сечением уже производится с равномерной угловой скоростью.The rotation of the part behind the diaphragm with such a cross-section is already carried out at a uniform angular velocity.

Для иллюстрации представленного метода рассмотрим простейший случай - астигматизм (m=n=2), при условии, что ионный пучок обладает равномерной плотностью тока по всей апертуре. В таком случае формирующие профиль ионного пучка диафрагмы задаются уравнениямиTo illustrate the presented method, let us consider the simplest case - astigmatism (m=n=2), provided that the ion beam has a uniform current density throughout the entire aperture. In this case, the diaphragms forming the profile of the ion beam are given by the equations

Коэффициенты в данных формулах введены для того, чтобы наибольший раскрыв диафрагмы составлял ±45° (см. фиг. 2) Закон скорости вращения выражается, какThe coefficients in these formulas are introduced so that the largest aperture opening is ±45° (see Fig. 2) The rotation speed law is expressed as

Способ поясняется следующими фигурами.The method is illustrated by the following figures.

На фиг. 1. показано схематичное представление процесса обработки оптической детали по заявленному способу.In fig. 1. shows a schematic representation of the process of processing an optical part according to the claimed method.

Согласно предложенному способу обработка происходит в два этапа. В ходе одного из этапов обрабатываемая заготовка вращается позади формирующей ионный пучок диафрагмы фиг. 2а с переменной угловой скоростью, закон изменения которой соответствует формуле (14) и проиллюстрирован на фигуре 3. В результате такой обработки на поверхности детали формируется неосесимметричный рельеф, показанный на фигуре 4б.According to the proposed method, processing occurs in two stages. During one of the stages, the workpiece being processed rotates behind the ion beam-forming diaphragm in FIG. 2a with variable angular velocity, the law of change of which corresponds to formula (14) and is illustrated in figure 3. As a result of such processing, a non-axisymmetric relief is formed on the surface of the part, shown in figure 4b.

На следующей стадии заготовка вращается с постоянной угловой скоростью, при этом формирующая ионный пучок диафрагма представлена на фигуре 2б. В результате обработки детали на ее поверхности формируется асферический профиль, представленный на фигуре 4в.At the next stage, the workpiece rotates at a constant angular velocity, while the diaphragm that forms the ion beam is shown in figure 2b. As a result of processing the part, an aspherical profile is formed on its surface, shown in figure 4c.

Результатом двухстадийной обработки является асферическая поверхность, описываемая полиномом Цернике (5) с n=2. Карта получаемой поверхности является суммой карт поверхностей (фиг. 4г), получаемых на каждом из этапов обработки, и сама имеет форму, показанную на фигуре 4а.The result of two-stage processing is an aspherical surface described by the Zernike polynomial (5) with n=2. The map of the resulting surface is the sum of the surface maps (Fig. 4d) obtained at each of the processing stages, and itself has the shape shown in Figure 4a.

На фиг. 2 представлено сечение формирующих ионный пучок диафрагм для формирования а) неосесимметричной составляющей и б) осесимметричной составляющей профиля асферизации.In fig. Figure 2 shows a cross-section of the ion beam-forming diaphragms for the formation of a) the non-axisymmetric component and b) the axisymmetric component of the aspherization profile.

На фиг. 3 приведена зависимость скорости вращения детали от угла W(ф) для случая формирования неосесимметричной составляющей.In fig. Figure 3 shows the dependence of the rotation speed of the part on the angle W(ph) for the case of the formation of a non-axisymmetric component.

На фиг. 4 Карта асферики, формирующаяся по указанной методике (а), неосесимметричная карта, описывающая съем материала на этапе обработки с переменной скоростью вращения (б); осесимметричная карта, описывающая съем материала на этапе обработки с постоянной скоростью вращения (в); схема формирования требуемой асферики в два этапа (г).In fig. 4 Aspheric map formed according to the specified method (a), non-axisymmetric map describing material removal at the processing stage with variable rotation speed (b); axisymmetric map describing material removal at the processing stage with a constant rotation speed (c); scheme for forming the required aspherics in two stages (d).

Таким образом, авторами предложен способ изготовления асферических оптических элементов с неосесимметричным профилем поверхности, описывающимся полиномами Цернике с коэффициентами n-m≥2. Способ предлагает двухстадийную обработку поверхности широким параллельным ионным пучком через формирующие профиль ионного пучка диафрагмы, сечение которых определяется степенью полинома Цернике, форма которого должна быть сформирована на поверхности заготовкиThus, the authors have proposed a method for manufacturing aspherical optical elements with a non-axisymmetric surface profile described by Zernike polynomials with coefficients n-m≥2. The method offers a two-stage surface treatment with a wide parallel ion beam through diaphragms that form the ion beam profile, the cross section of which is determined by the degree of the Zernike polynomial, the shape of which must be formed on the surface of the workpiece

На первом этапе вращение производится позади диафрагмы угол открытия которой в зависимости от радиуса описывается выражением:At the first stage, rotation is carried out behind the diaphragm, the opening angle of which, depending on the radius, is described by the expression:

ϕ(ρ)~ρn ϕ(ρ)~ρ n

Вращение детали при этом происходит вокруг оси, совпадающей с центром диафрагмы (точка R=0), с угловой скоростью, также определяющейся степенью полинома Цернике, форма которого должна быть сформирована на поверхности заготовки.In this case, the part rotates around an axis coinciding with the center of the diaphragm (point R=0), with an angular velocity also determined by the degree of the Zernike polynomial, the shape of which must be formed on the surface of the workpiece.

На втором этапе обработка осуществляется при равномерном вращении через диафрагму, сечение которой также определяется степень полинома Цернике и описывается выражением:At the second stage, processing is carried out with uniform rotation through a diaphragm, the cross section of which is also determined by the degree of the Zernike polynomial and is described by the expression:

Ось вращения детали также совпадает с центром диафрагмы (точка R=0).The axis of rotation of the part also coincides with the center of the diaphragm (point R=0).

Предложенный способ позволяет формировать на поверхности оптической детали асферический профиль, компенсирующий аберрации астигматизм или более высокого порядка с n=m.The proposed method makes it possible to form an aspherical profile on the surface of an optical part, compensating for aberrations such as astigmatism or a higher order with n=m.

Claims (1)

Способ формирования на поверхности оптических элементов астигматизма и более высоких порядков полиномов Цернике с коэффициентами n=m (n≥2), включающий расчет сечений формирующих ионный пучок диафрагм, расчет зависимости скорости вращения от углового положения детали, вращение оптической детали в соответствии с рассчитанной скоростью позади рассчитанной диафрагмы, формирующей профиль ионного пучка, отличающийся тем, что обработка происходит в два этапа, на первом из которых производится неосесимметричная обработка, для которой рассчитывается соответствующая неосесимметричной составляющей профиля асферизации диафрагма и вычисляется зависимость скорости вращения детали от ее углового положения относительно формирующей ионный пучок диафрагмы, а на втором этапе производится осесимметричная обработка, для которой рассчитывается соответствующая осесимметричной составляющей профиля асферизации формирующая диафрагма.A method for forming astigmatism and higher orders of Zernike polynomials with coefficients n=m (n≥2) on the surface of optical elements, including calculation of cross sections of diaphragms forming the ion beam, calculation of the dependence of the rotation speed on the angular position of the part, rotation of the optical part in accordance with the calculated speed behind a calculated diaphragm that forms the ion beam profile, characterized in that the processing occurs in two stages, in the first of which non-axisymmetric processing is performed, for which the diaphragm corresponding to the non-axisymmetric component of the aspherization profile is calculated and the dependence of the rotation speed of the part on its angular position relative to the diaphragm forming the ion beam is calculated , and at the second stage, axisymmetric processing is performed, for which the forming diaphragm corresponding to the axisymmetric component of the aspherization profile is calculated.
RU2023125378A 2023-10-04 Method of forming astigmatism and higher orders of zernike polynomials with coefficients n=m (n≥2) on surface of optical elements RU2810680C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810680C1 true RU2810680C1 (en) 2023-12-28

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172143A (en) * 1990-01-22 1992-12-15 Essilor International Cie Generale D'optique Artificial optical lens and method of manufacturing it
JP2796079B2 (en) * 1996-03-05 1998-09-10 株式会社東芝 Ion beam processing apparatus, ion beam processing method, mask and mask manufacturing method
CN103831675B (en) * 2014-03-19 2016-03-30 中国科学院光电技术研究所 A kind of ion beam processing tool of optical elements of large caliber and method
RU2793080C1 (en) * 2022-09-29 2023-03-28 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН) Method for axisymmetric correction of optical parts of arbitrary shape

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5172143A (en) * 1990-01-22 1992-12-15 Essilor International Cie Generale D'optique Artificial optical lens and method of manufacturing it
JP2796079B2 (en) * 1996-03-05 1998-09-10 株式会社東芝 Ion beam processing apparatus, ion beam processing method, mask and mask manufacturing method
CN103831675B (en) * 2014-03-19 2016-03-30 中国科学院光电技术研究所 A kind of ion beam processing tool of optical elements of large caliber and method
RU2793080C1 (en) * 2022-09-29 2023-03-28 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН) Method for axisymmetric correction of optical parts of arbitrary shape

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7053925B2 (en) How to polish the optical surface and optical elements
KR20040015251A (en) Objective with fluoride crystal lenses
JPWO2002031570A1 (en) Evaluation method of imaging performance
Takei et al. Development of a numerically controlled elastic emission machining system for fabricating mandrels of ellipsoidal focusing mirrors used in soft x-ray microscopy
Shanbhag et al. Ion-beam machining of millimeter scale optics
Zhu et al. Zernike mapping of optimum dwell time in deterministic fabrication of freeform optics
Takino et al. Fabrication of optics by use of plasma chemical vaporization machining with a pipe electrode
Song et al. Misfit of rigid tools and interferometer subapertures on off-axis aspheric mirror segments
RU2810680C1 (en) Method of forming astigmatism and higher orders of zernike polynomials with coefficients n=m (n≥2) on surface of optical elements
Mikhailenko et al. Influence of ion-beam etching by Ar ions with an energy of 200–1000 eV on the roughness and sputtering yield of a single-crystal silicon surface
Feng et al. Optimal strategy for fabrication of large aperture aspheric surfaces
Wang et al. Optimization of parameters for bonnet polishing based on the minimum residual error method
Wang et al. Study on rapid convergence strategy of nano-precision optical surface by ion beam figuring
Civitani et al. Thin fused silica shells for high-resolution and large collecting area x-ray telescopes (like Lynx/XRS)
JP4617492B2 (en) Polarization modulation optical element and method of manufacturing polarization modulation optical element
Smilie et al. Freeform micromachining of an infrared Alvarez lens
RU2793080C1 (en) Method for axisymmetric correction of optical parts of arbitrary shape
Bittner Tolerancing of single point diamond turned diffractive optical elements and optical surfaces
Yin et al. Rapid polishing process for the x ray reflector
Zabrodin et al. Ion-beam methods for high-precision processing of optical surfaces
Luo et al. Figure correction of a quartz sub-mirror for a transmissive diffractive segmented telescope by Reactive Ion Figuring
Pant et al. Development of cubic freeform optical surface for wavefront coding application for extended depth of field Infrared camera
Hu et al. Combined fabrication technique for high-precision aspheric optical windows
Sweeney Advanced manufacturing technologies for light-weight post-polished snap-together reflective optical system designs
Nie et al. A new polishing process for large-aperture and high-precision aspheric surface