Способ получения асферической поверхности Советский патент 1988 года по МПК C03C23/00 

Изобретение относится к технологии обработки оптических деталей, а именно к методам формообразования асферических поверхностей, и может быть использовано при изготовлении высокоточных оптических элементов.

Целью изобретения является повышение производительности при получении асферичности более 30 мкм.

Поверхность оптической детали и стекла разбивается на число зон

М

где А - асферичность формируемой поверхности, в длинах волн; А - длина волны используемого

излучения;

Z - целое число, больше 1, при обработке пучком ионов осуществляется съем по всем зонам поверхности одновременно на глубину асферичности А/М через маску, выполненную в виде плоского экрана с профилем, рассчитанным в соответствии с требуемым распределением съема в пределах каждой зоны. Число Z выбирают исходя из характеристики конкретной ас0

0

5

формирующим ионный пучок (осуществляют на установке для ионного травления ЭВ-156). Маску, заданным образом маскирующую ионный пучок, помещают непосредственно на ВЧ-электрод.

Обработку производят при следующих величинах технологических параметров:

Плотность ионного

тока в пучке

ВЧ-напряжение на

электроде

давление рабочего

газа в камере

Предлагаемый способ может быть использован при создании систем, рассчитанных на любую длину волны, так как полученная этим способом структура, обеспечивающая асферическую волновую поверхность, состоит из зон, при переходе от одной из них к следующей происходит скачкообразное изменение фазы волны на величину, кратную длине волны, т.е. равную Л-Z, где Z - целое число.

Каждую поверхность по.ее воздействию на проходящую световую волну, произвольной формы, работающую 13

j 1мА/см,

V 2 кВ,

Р 0,7-0,9 Па

Изобретение относится к техноло- гии обработки оптических деталей с высокоточными асферическими поверхностями. С целью повьппения производительности при получении асферичности более 30 мкм способ получения асферической поверхности включает разбивку поверхности оптической детали на зоны, число которых М , где А - асферичность, - рабочая длина волны,Z - целое число, большее 1, обработку всех зон одновременно через маску пучком ионов на глубину, в М раз меньшую, чем требуемая асферичность. Производительность .процесса возрастает в 2-5 раз. 8 ил. S

ферической поверхности (АП) - ее гра- 30 монохроматическом свете, можно адек

диента и асферичности. Так, асферическую поверхность с асферичностью в 30 мкм можно разбить на 2 и на 3 зоны, но при зтом мы не получим вы- игрьпаа в производительности rtpouec- са травления, т.е. выбор числа. Z, а вместе с ним и числа зон М диктуется чисто технологическими -причинами, а именно при большом числе зон маска получается очень закрытой (т.е. большая часть ионного пучка закрывается маской), что снижает скорость обработки, при малом числе зон увеличивается глубина проработки все зон и, как следствие, падает произ- водительность процесса травления.

Последовательность операций создания кусочно-непрерывной АП следующая

расчет числа зон АП исходя из ра

бочей длины волны А и асферичности А, Q асферическую волновую поверхность.

расчет маски по каждой зоне по методике расчета маски для получения непрерывной АП на данной зоне;

изготовление маски из листа Ст 20 толщиной 0,5 мм на электроэррозирн- ном станке А 20-7797,

непосредственно ионно-химическое травление детали, которая помещена в вакуумную камеру над ВЧ-электродом,

состоящую из зон, при переходе от одной из них к следующей обеспечива ет скачкообразное изменение фазы на величину кратную длине волны, т.е. 55 равную 2nxZ, Где Z - целое число, большее 1, причем число Z определяется из крутизны асферической повер ности, которую необходимо сформировать так, чтобы минимальная ширина

5

0

ватно заменить ее киноформом, т.е. ступенчатой структурой, которая обеспечивает скачкообразное изменение фазы приходящей волны на 2п при переходе между зонами, и непрерывное изменение фазы в пределах каждой зоны, определяемое изменением оптической толщины материала киноформа.

Однако киноформ представляет собой структуру высокой частоты и ее изготовление представляет сложную технологическую задачу (ширина зон киноформа может составлять величину в несколько мкм, на которой необходимо сформировать непрерывньй профиль заданной формы).

С учетом этого способ получения асферических поверхностей путем изготовления структуры, обеспечивающей

состоящую из зон, при переходе от одной из них к следующей обеспечивает скачкообразное изменение фазы на величину кратную длине волны, т.е. равную 2nxZ, Где Z - целое число, большее 1, причем число Z определяется из крутизны асферической поверхности, которую необходимо сформировать так, чтобы минимальная ширина

зоны структуры составляла величину не менее нескольких мм. Такую структуру затем возможно формировать, используя маскированньй ионный пучок, причем получение маски не представляет технической трудности. Тогда получается структура с числом зон М А/ А Z, Величина проработки зон, равная А/М, уменьшается в К раз по сравнению со случаем получения непрерывной асферической поверхности. Такой подход к получению поверхности по своему действию на световую волну, адекватную асферической поверхности, позволяет использовать разработанную ранее методику изготовления осесим- метричных асферических поверхностей маскированным несфокусированным пучком химически активных ионов. Расчет маски производят на-каждой зоне по методике расчета маски для получения непрерьгоной асферической поверхности на данной зоне и при переводе к каждой новой зоне расчет повторяют. Маека представляет собой пластину с фигурными вырезами в количестве, соот- ветствующем количеству зон, и с размерами зон.

На фиг, 1, 3, 5, 7 показаны графики распределения асферичности, на фиг, 2,4,6,8 - графики профиля масок,

П р и: м ер 1, Изготовление детали из стекла К8 диаметром 70 мм с асферической поверхностью для области спектра 0,6328 мкм. Асферичность 2,17 мкм. Распределение асферичности представлено на фиг, 1, Обработка производится в атмосфере фреона 14 (CF)

а)Получение непрерывной поверхнос ти (прототип), Профиль маски дан на фиг, 2, Время обработки 40 мин,

б)Получение кусочно-непрерывного профиля. На фиг, 3 представлено разбиние асферической поверхности на 3 зо- ны с фазовым сдвигом между зонами, равньм 2х2п, Вид маски представлен

на фиг, 4, Время обработки 20 мин,

В системе с деталью с асферической поверхностью непрерывной и кусочно-непрерывной получено идентичное изображение в виде кольца шириной 1 мм.

Пример 2, Изготовление одно линзового объектива с осесимметрич- ной асферической поверхностью из стекла К8 диаметром 120 для области 0,6328 мкм. Асферичность 30,94 мкм. Распределение асферичности представлено на фиг, 5. Обработка ведется в атмосфере CF,

а)Непрерывньм профиль (прототип) Маска дана на фиг. 6, Время обработки 10ч 18 мин. Кружок рассеяния объектива 18 мкм,

б)Кусочно-непрерывный профиль. Произведено разбиение на 4 зоны со сдвигом фазы между зонами, равным 14х2п, и показано на фиг, 7, Время обработки 2 ч 58. мин. Кружок рассеяния объектива в целом 20 мкм.

Как видно из приведенных примеров использование предлагаемого способа получения асферических поверхностей позволяет повысить в несколько раз производительность процесса и обеспечивает возможность формирования поверхностей с. большей асферичностью п сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ получения асферической поверхности путем обработки оптических деталей пучком ионов через маску, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности при получении асферичности более 30 мкм, поверхность разбивают на зоны, число которых

М Z,

где А - асферичность;

h - рабочая длина волныJ Z - целое число, большее 1, и обрабатывают все зоны одновременно на глубину, в М раз меньшую, чем требуемая асферичность.

w

20 30 Фие, 1

Фие. г

H.

mn г,Н

10

0.5

О

../

0 /,Af/

0 R,fiM

W30

Фие S

Фиг. I/

ffO50

BO RyMM

н.

нкн

tt

tt

IS

a

Q}us.6

Фи&.8