RU2390044C1 - Method of making kinoform profile on working surface of lens - Google Patents
Method of making kinoform profile on working surface of lens Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390044C1 RU2390044C1 RU2008135884/28A RU2008135884A RU2390044C1 RU 2390044 C1 RU2390044 C1 RU 2390044C1 RU 2008135884/28 A RU2008135884/28 A RU 2008135884/28A RU 2008135884 A RU2008135884 A RU 2008135884A RU 2390044 C1 RU2390044 C1 RU 2390044C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- kinoform
- zone
- profile
- working surface
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к технологии производства дифракционных оптических линз (ДОЛ).The invention relates to the field of optical instrumentation, and in particular to the production technology of diffractive optical lenses (DOL).
Дифракционная оптическая линза (ДОЛ) представляет собой элемент, содержащий пространственную микроструктуру, на которой происходит дифракция световых волн. Указанная структура может обладать симметрией вращения относительно оптической оси линзы.A diffractive optical lens (DOL) is an element containing a spatial microstructure on which diffraction of light waves occurs. The specified structure may have rotation symmetry about the optical axis of the lens.
Частным случаем дифракционной оптической линзы (ДОЛ) является линза с киноформным профилем на оптической поверхности. Киноформным профилем (киноформом) называется тонкая фазовая синтезированная голограмма, которая имеет 100%-ную дифракционную эффективность для основной длины волны λ0 рабочего диапазона линзы за счет ступенчатой формы дифракционного микропрофиля.A special case of a diffractive optical lens (DOL) is a lens with a kinoform profile on the optical surface. A kinoform profile (kinoform) is a thin phase synthesized hologram that has 100% diffraction efficiency for the main wavelength λ 0 of the working range of the lens due to the stepped shape of the diffraction microprofile.
Оптическая сила киноформа на любой длине волны λ в пределах рабочего диапазона линзы связана с оптической силой на основной длине волны λ0 следующим соотношением:The optical power of the kinoform at any wavelength λ within the operating range of the lens is related to the optical power at the main wavelength λ 0 as follows:
где φ - оптическая сила киноформа для длины волны λ,where φ is the optical power of the kinoform for wavelength λ,
φ0 - оптическая сила киноформа для основной длины волны λ0.φ 0 - the optical power of the kinoform for the main wavelength λ 0 .
Эквивалентное число Аббе (коэффициент дисперсии) для киноформа вычисляется по формулеThe equivalent Abbe number (dispersion coefficient) for the kinoform is calculated by the formula
где νλ0,λ1,λ2 - коэффициент дисперсии (число Аббе) для спектрального диапазона λ1, λ2,where ν λ0, λ1, λ2 is the dispersion coefficient (Abbe number) for the spectral range λ 1 , λ 2 ,
λ1, λ2 - границы спектрального интервала, причем λ1<λ0<λ2.λ 1 , λ 2 are the boundaries of the spectral interval, and λ 1 <λ 0 <λ 2 .
Дисперсионные свойства линзы с киноформным профилем резко отличаются от свойств обычных линз, что позволяет их использовать для коррекции хроматических аберраций в УФ, видимой или ИК-области спектра.The dispersion properties of a lens with a kinoform profile sharply differ from the properties of conventional lenses, which allows them to be used to correct chromatic aberrations in the UV, visible, or IR spectral regions.
Киноформный профиль, обладающий осевой симметрией, представляет собой совокупность расположенных вплотную друг к другу участков поверхности, называемых зонами киноформа: центрального кругового участка и концентричных ему кольцевых участков. Толщина оптического материала, образующего киноформный профиль, в пределах каждой зоны изменяется непрерывно от 0 до значения Δ, обеспечивающего разность фаз в одну длину волны для излучения основной длины волны λ0 рабочего диапазона линзы.The kinoform profile, which has axial symmetry, is a collection of closely spaced surface sections called kinoform zones: the central circular section and concentric annular sections. The thickness of the optical material forming the kinoform profile within each zone varies continuously from 0 to a value of Δ, which provides a phase difference of one wavelength for radiation of the main wavelength λ 0 of the working range of the lens.
Известен способ изготовления киноформного профиля на рабочей поверхности линзы путем удаления материала линзы с помощью точечного алмазного точения с образованием концентрических зон, US 5493441.A known method of manufacturing a kinoform profile on the working surface of the lens by removing the lens material using spot diamond turning with the formation of concentric zones, US 5493441.
Для реализации данного способа необходимо применение прецизионных токарных станков с программным управлением перемещениями резца, который имеет алмазную режущую кромку малых размеров; программное управление перемещением резца позволяет получать на обрабатываемой детали высокоточную поверхность вращения сложной формы, однако способ алмазного точения имеет существенные недостатки, к которым относится весьма высокая стоимость прецизионного оборудования, высокие требования к производственному помещению по чистоте, климату, виброзащите; кроме того, недостатком способа является микрошероховатость оптической поверхности, остающаяся после обработки алмазным резцом с точечным касанием обрабатываемой поверхности, что приводит к повышенному светорассеянию на оптической поверхности.To implement this method, it is necessary to use precision lathes with software control of the movements of the cutter, which has a small diamond cutting edge; software control of the movement of the cutter allows you to get on the workpiece a high-precision surface of rotation of complex shape, however, the diamond turning method has significant drawbacks, which include the very high cost of precision equipment, high requirements for the production room for cleanliness, climate, vibration protection; in addition, the disadvantage of this method is the microroughness of the optical surface remaining after processing with a diamond cutter with a point contact of the treated surface, which leads to increased light scattering on the optical surface.
Известен способ изготовления киноформного профиля на рабочей поверхности линзы путем удаления материала линзы посредством ионного травления с образованием концентрических зон; профиль каждой зоны киноформа весьма приближенно соответствует непрерывному профилю, толщина слоя материала, образующего киноформ, изменяется дискретно несколько раз в пределах каждой зоны киноформа, поскольку апроксимируется ступенчатой линией, US 5073007.A known method of manufacturing a kinoform profile on the working surface of the lens by removing the lens material by ion etching with the formation of concentric zones; the profile of each kinoform zone corresponds very closely to the continuous profile, the thickness of the layer of material forming the kinoform varies discretely several times within each zone of the kinoform, since it is approximated by a stepped line, US 5073007.
При изготовлении киноформного профиля по указанному способу производят последовательно, в несколько этапов, удаление слоев материала линзы равной толщины с части поверхности линзы с помощью ионного травления с использованием масок, которые препятствуют удалению материала с части поверхности линзы. В результате оставшийся не удаленным материал линзы образует ступенчатый киноформный профиль.In the manufacture of a kinoform profile according to the specified method, sequentially, in several stages, the layers of lens material of equal thickness are removed from a part of the lens surface using ion etching using masks that prevent the material from being removed from a part of the lens surface. As a result, the lens material that has not been removed forms a stepped kinoform profile.
Данный способ принят в качестве прототипа настоящего изобретения.This method is adopted as a prototype of the present invention.
Полученный согласно этому способу киноформный профиль имеет значительно меньшую микрошероховатость поверхности по сравнению с описанным выше аналогом, однако дифракционная эффективность линзы, киноформный профиль которой выполнен согласно способу-прототипу, недостаточна и составляет 40-95% в зависимости от числа ступеней, используемых для аппроксимации киноформного профиля.The kinoform profile obtained according to this method has a significantly lower surface microroughness compared to the analogue described above, however, the diffraction efficiency of the lens, the kinoform profile of which is made according to the prototype method, is insufficient and amounts to 40-95% depending on the number of steps used to approximate the kinoform profile .
Часть светового потока, которая попадает не в основной порядок дифракции, приводит к появлению дополнительных паразитных изображений, снижению качества изображения, появлению дополнительного рассеянного света, а также к снижению коэффициента пропускания системы.Part of the luminous flux, which falls outside the main diffraction order, leads to the appearance of additional spurious images, lower image quality, the appearance of additional scattered light, as well as a decrease in the transmittance of the system.
Указанные выше недостатки объясняются малой дифракционной эффективностью киноформа, получаемого согласно способу-прототипу, ввиду его значительного геометрического расхождения с требуемым в идеале непрерывным профилем.The above disadvantages are explained by the low diffraction efficiency of the kinoform obtained according to the prototype method, due to its significant geometric discrepancy with the ideally required continuous profile.
Задачей настоящего изобретения является повышение дифракционной эффективности ДОЛ с киноформным профилем.The objective of the present invention is to increase the diffraction efficiency of DOL with kinoform profile.
Согласно изобретению в способе изготовления киноформного профиля на рабочей поверхности линзы путем удаления материала линзы посредством ионного травления с образованием концентрических зон удаляют слои материала линзы равной толщины последовательно, начиная с зоны с наименьшим радиусом при положительной оптической силе киноформного элемента, и начиная с зоны с наибольшим радиусом - при его отрицательной оптической силе, толщину удаляемого слоя материала линзы определяют из соотношенияAccording to the invention, in a method for manufacturing a kinoform profile on a lens working surface by removing lens material by ion etching to form concentric zones, layers of lens material of equal thickness are removed sequentially, starting from the zone with the smallest radius with positive optical power of the kinoform element, and starting from the zone with the largest radius - with its negative optical power, the thickness of the removed layer of lens material is determined from the ratio
где Δ - толщина удаляемого слоя материала линзы,where Δ is the thickness of the removed layer of lens material,
n - показатель преломления материала линзы,n is the refractive index of the lens material,
λ0 - основная длина волны спектрального рабочего диапазона линзы,λ 0 - the main wavelength of the spectral working range of the lens,
при этом радиусы концентрических ступенчатых зон определяют из соотношения:while the radii of the concentric stepped zones are determined from the ratio:
где ri - радиус i-ой концентрической ступенчатой зоны киноформного профиля на рабочей поверхности линзы,where r i is the radius of the i-th concentric step zone of the kinoform profile on the working surface of the lens,
W - разность фаз оптического излучения с длиной волны λ0, вносимая киноформным профилем на рабочей поверхности линзы.W is the phase difference of the optical radiation with a wavelength of λ 0 introduced by the kinoform profile on the working surface of the lens.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения создается киноформная дифракционная микроструктура с непрерывным профилем внутри каждой зоны, что обеспечивает получение дифракционной эффективности свыше 99% в первом дифракционном порядке, в котором формируется изображение.Due to the implementation of the distinguishing features of the invention, a kinoform diffraction microstructure is created with a continuous profile within each zone, which ensures diffraction efficiency of over 99% in the first diffraction order in which the image is formed.
Указанное выше позволяет, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень».The above allows, according to the applicant, to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Для иллюстрации заявленного способа служат чертежи, где изображено:To illustrate the claimed method are drawings, which depict:
на фиг.1 - поперечный разрез линзы на стадии образования первой зоны путем удаления материала линзы при положительной оптической силе киноформа;figure 1 is a transverse section of the lens at the stage of formation of the first zone by removing the lens material with positive optical power kinoform;
на фиг.2 - то же, на стадии образования второй зоны, концентричной первой образованной зоне.figure 2 is the same, at the stage of formation of the second zone, concentric with the first formed zone.
В конкретном примере представлен способ изготовления трехзонного киноформного профиля с положительной оптической силой на рабочей поверхности линзы путем удаления материала линзы посредством ионного травления, причем диаметр третьей зоны киноформа равен световому диаметру рабочей поверхности линзы, на которой изготавливается киноформ.In a specific example, a method is presented for manufacturing a three-zone kinoform profile with positive optical power on the working surface of the lens by removing the lens material by ion etching, the diameter of the third zone of the kinoform being equal to the light diameter of the working surface of the lens on which the kinoform is made.
Удаление материала посредством ионного травления осуществляют с помощью вакуумной установки ВУ-ПИОН, производитель - ГОИ им. Вавилова.Removal of material by ion etching is carried out using a vacuum unit VU-PION, manufacturer - GOI im. Vavilova.
Предварительно на рабочую поверхность линзы 4 наносят защитную маску 1, выполненную из слоя алюминия в виде круга с центральным отверстием; радиус центрального отверстия маски 1 соответствует радиусу первой зоны 2 киноформного профиля. Толщина Δ удаляемого слоя материала составляетPreviously, a protective mask 1 is applied to the working surface of the
где λ0 - основная длина волны рабочего спектрального диапазона линзы 4, n - показатель преломления материала линзы.where λ 0 is the main wavelength of the working spectral range of the
Затем маску 1 удаляют путем смывания слоя алюминия, после чего наносят маску 5 (фиг.2), выполненную так же, как и маска 1. Радиус центрального отверстия маски 2 соответствует радиусу образуемой второй зоны 3 киноформного профиля. Затем вышеуказанным образом производят удаление слоя материала линзы толщиной Δ и образуют вторую зону 3, концентрическую первой зоне 2. После этого удаляют маску 5 и получают линзу 4 с трехзонным киноформным профилем.Then the mask 1 is removed by washing off the aluminum layer, after which the
При отрицательной оптической силе киноформного профиля способ реализуют аналогично, однако слои материала линзы равной толщины удаляют последовательно, начиная с зоны с наибольшим радиусом.With a negative optical power of the kinoform profile, the method is implemented similarly, however, layers of lens material of equal thickness are removed sequentially, starting from the zone with the largest radius.
Claims (1)
где Δ - толщина удаляемого слоя материала линзы;
n - показатель преломления материала линзы;
λ0 - основная длина волны спектрального рабочего диапазона линзы,
при этом радиусы концентрических ступенчатых зон определяют из соотношения:
где ri - радиус i-й концентрической ступенчатой зоны киноформного профиля на рабочей поверхности линзы;
W - разность фаз оптического излучения с длиной волны λ0, вносимая киноформным профилем на рабочей поверхности линзы. A method of manufacturing a kinoform profile on the working surface of the lens by removing the lens material by ion etching with the formation of concentric zones, characterized in that the layers of lens material of equal thickness are removed sequentially, starting from the zone with the smallest radius with a positive optical power of the kinoform profile and starting from the zone with the largest radius with its negative optical power, the thickness of the removed layer of lens material is determined from the ratio:
where Δ is the thickness of the removed layer of lens material;
n is the refractive index of the lens material;
λ 0 - the main wavelength of the spectral working range of the lens,
while the radii of the concentric stepped zones are determined from the ratio:
where r i is the radius of the i-th concentric step zone of the kinoform profile on the working surface of the lens;
W is the phase difference of the optical radiation with a wavelength of λ 0 introduced by the kinoform profile on the working surface of the lens.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008135884/28A RU2390044C1 (en) | 2008-09-02 | 2008-09-02 | Method of making kinoform profile on working surface of lens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008135884/28A RU2390044C1 (en) | 2008-09-02 | 2008-09-02 | Method of making kinoform profile on working surface of lens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008135884A RU2008135884A (en) | 2010-03-10 |
| RU2390044C1 true RU2390044C1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42134897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008135884/28A RU2390044C1 (en) | 2008-09-02 | 2008-09-02 | Method of making kinoform profile on working surface of lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2390044C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1302233A1 (en) * | 1982-03-09 | 1987-04-07 | Институт Общей Физики Ан Ссср | Method and apparatus for focusing monochromatic radiation |
| US5073007A (en) * | 1990-06-11 | 1991-12-17 | Holo-Or Ltd. | Diffractive optical element |
| US5969862A (en) * | 1992-07-16 | 1999-10-19 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US6055105A (en) * | 1996-09-13 | 2000-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical system with grating element and imaging device using the same |
| JP2002048914A (en) * | 2000-08-04 | 2002-02-15 | Minolta Co Ltd | Optical element and metallic mold for the same |
-
2008
- 2008-09-02 RU RU2008135884/28A patent/RU2390044C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1302233A1 (en) * | 1982-03-09 | 1987-04-07 | Институт Общей Физики Ан Ссср | Method and apparatus for focusing monochromatic radiation |
| US5073007A (en) * | 1990-06-11 | 1991-12-17 | Holo-Or Ltd. | Diffractive optical element |
| US5969862A (en) * | 1992-07-16 | 1999-10-19 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Chromatic aberration correcting element and its application |
| US6055105A (en) * | 1996-09-13 | 2000-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical system with grating element and imaging device using the same |
| JP2002048914A (en) * | 2000-08-04 | 2002-02-15 | Minolta Co Ltd | Optical element and metallic mold for the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БОБРОВ С.Т., ГРЕЙСУХ Г.И., ТУРКЕВИЧ Ю.Г. Оптика дифракционных элементов и систем. - Л.: Машиностроение, 1986, с.195-206. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008135884A (en) | 2010-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11686890B2 (en) | Multi-level diffractive optical element thin film coating | |
| US11543562B2 (en) | Multi-layer thin film stack for diffractive optical elements | |
| RU2019126264A (en) | Optical filter, optical filter system, spectrometer and optical filter manufacturing method | |
| EP1862826A1 (en) | Diffractive optical element | |
| JPH07311346A (en) | Infrared-ray continuous zoom telescope using diffraction optics | |
| CN109917504B (en) | A kind of photochromic zero-order diffraction grating and its manufacturing method | |
| EP4226192A1 (en) | Optical elements that include a metasurface | |
| WO2015095565A1 (en) | Molds for making contact lenses | |
| KR20150122626A (en) | Device for controlling the phase of an optical wavefront | |
| DE102012020452A1 (en) | Production of spectacle lenses with protected microstructures | |
| JP2011215267A (en) | Achromatic lens, method for manufacturing the same, and optical device equipped with achromatic lens | |
| JP3268929B2 (en) | Optical element manufacturing method | |
| RU2390044C1 (en) | Method of making kinoform profile on working surface of lens | |
| JPWO2020250300A1 (en) | A method for manufacturing a plastic element having a fine uneven structure on the surface. | |
| RU2482522C2 (en) | Flat lens made from leucosapphire and method of making said lens | |
| JP5109076B2 (en) | Refractive index control type diffractive optical element and manufacturing method thereof | |
| TWI693378B (en) | Spectrometer, monchromater diffraction grating and methods of manufacturing grating and mold | |
| CN110275233B (en) | Narrow-period long-wave infrared multilayer grating structure | |
| JPH10332918A (en) | Relief type diffraction optical element and die for manufacturing it | |
| Alshami et al. | Design and development of Binary Diffractive Germanium Lens by thin film deposition | |
| CN109061781B (en) | Method for photoetching binary harmonic diffraction Alvarez lens zoom system | |
| RU2731457C1 (en) | Master matrix for making copies of diffractive optical elements | |
| JP6188743B2 (en) | Optical element having a plurality of optical functional surfaces, spectroscopic device, and manufacturing method thereof | |
| US20220390653A1 (en) | Optical lens device having an etched polarization miniature structure and method thereof | |
| EP4421542A1 (en) | Mid-infrared refractive optical element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170903 |