DE112015005987T5

DE112015005987T5 - Achromatisches für optische Dispension korrigiertes Gradientenbrechungsindexoptikelement

Info

Publication number: DE112015005987T5
Application number: DE112015005987.3T
Authority: DE
Inventors: George Williams
Original assignee: Vadient Optics LLC
Current assignee: Vadient Optics LLC
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-10-12
Also published as: JP6671602B2; US9644107B2; JP2018501527A; WO2016118261A1; US20150361286A1

Abstract

Ein optisches Element mit korrigierter optischer Dispersion, wobei das optische Element eine erste Nanoverbundtinte aufweist, wobei die erste Nanoverbundtinte Nanofüllmaterial aufweist, das in einer ausgehärteten organischen Matrix dispergiert ist, und eine zweite Nanoverbundtinte, wobei die zweite Nanoverbundtinte Nanofüllstoffe aufweist, die in der ausgehärteten organischen Matrix dispergiert sind, wobei sich die optische Dispersion der zweiten Nanoverbundtinte von der optischen Dispersion der ersten Nanoverbundtinte unterscheidet, wobei die Verteilung der ersten Nanoverbundtinte und der zweiten Nanoverbundtinte in refraktiver Gradienten mit einer optischen Dispersion resultiert, wobei die refraktiven Gradienten die chromatische Aberration korrigieren.

Description

Bezugnahme auf verwandte Patente
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen aus der US-Patentanmeldung 14/599,731, eingereicht am 19. Januar 2015 und ist eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 14/293,574, die am 2. Juni 2014 eingereicht wurde, und diese Anmeldung beansprucht auch den Nutzen der provisorischen Patentanmeldung 62/013,500, die am 8. August 2014 eingereicht wurde.
Technisches Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Korrigieren der optischen chromatischen Aberration, die durch optische Streuung in Medien verursacht wird. Die Offenbarung betrifft insbesondere eine für optische Streuung korrigierte Gradientenbrechungsindex (GRIN) optische Konstruktion und Herstellung unter Verwendung von Drucktechnologien.
Diskussion des Standes der Technik
Optische Streuung ist ein wohlbekanntes optisches Phänomen, das die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex in Medien betrifft. Für Anwendungen, beispielsweise Spektroskopie, kann die optische Streuung wünschenswert sein, um eine Wellenlängentrennung zu erreichen. Für abbildende Optik bewirkt die optische Streuung eine unerwünschte wellenlängenabhängige fokale Verschiebung, die als chromatische Aberration bezeichnet wird. Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lösungen zum Reduzieren der chromatischen Aberration bekannt.
Eine achromatische Linse stellt eine Kompensation der chromatischen Aberration durch Verwendung unterschiedlicher Glastypen mit einer unterschiedlichen optischen Streuung bereit, häufig Kornglass und Flintglass. Ein Beispiel einer chromatischen Linse ist eine Doppellinse. Eine Doppellinse besteht aus einer positiven Linse und einer negativen Linse, die eine unterschiedliche optische Streuung aufweisen, die sandwichartig miteinander verbunden sind, und eine einzige Optik bilden. In der Doppellinse reduzieren die unterschiedliche optische Streuung und die Linsenformen die chromatische Aberration, die im Allgemeinen auf eine fokale Verschiebungskorrektur für zwei Wellenlängen beschränkt ist. Eine zusätzliche Wellenlängenkorrektur kann durch zusätzliche Linsen, Lufträume zwischen Linsen und eine Art asphärische Linsenform erreicht werden. Eine andere Korrekturlösung verwendet Filme mit einem Gradienten-Brechungsindex (GRIN).
Ein Verfahren zur Korrektur der chromatischen Aberration mit einer GRIN-Optik ist das Ausbilden einer Linse aus einem kontinuierlichen GRIN-Material. Ein solches Verfahren ist in der US-Patentveröffentlichung US 20130003186 A1 beschrieben, wo eine Wellenlängen-Separation, die durch eine anfängliche Streuung von Licht, das in eine einzelne Linse eintritt, teilweise durch die optische Streuung eines kontinuierlichen GRIN-Materials korrigiert wird, das die Linse bildet. Diese Anmeldung betrifft einen anderen Ansatz.
Kurzer Abriss der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung ist auf streuungskorrigierte optische Elemente gerichtet. Unter einem Aspekt umfasst ein optisches Element gemäß der vorliegenden Offenbarung eine erste Nanoverbundtinte, wobei die erste Nanoverbundtinte Nanofüllstoffe aufweist, die in einer ausgehärteten organischen Matrix dispergiert sind. Eine zweite Nanoverbundtinte, wobei die zweite Nanoverbundtinte Nanofüllstoffe aufweist, die in einer ausgehärteten organischen Matrix dispergiert sind, wobei sich die optische Streuung der zweiten Nanoverbundtinte von der optischen Streuung der ersten Nanoverbundtinte unterscheidet. Die Streuung der ersten Nanoverbundtinte und der zweiten Nanoverbundtinte resultiert in optischen Streugradienten, wobei die Streugradienten die chromatische Aberration korrigieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegenden Zeichnungen, die in die Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil dieser bilden, stellen schematisch bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar und dienen zusammen mit der zuvor gegebenen und der detaillierten Beschreibung bevorzugter Verfahren und der Ausführungsform, die nachstehend dargestellt sind, dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
1A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine optische Druckvorrichtung mit zwei Druckköpfen zur Herstellung eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
1B ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine optische Druckvorrichtung mit vier Köpfen zum Herstellen eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das Abscheiden einer ersten Nanoverbundtinte bei einem Voxel auf einem Substrat gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das darstellt, was in 2A gezeigt ist und ferner eine Abscheidung einer zweiten Nanoverbundtinte aufweist.
2C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen resultierenden Nanoverbund aus der Mischung von Nanofüllstoffen für die Streuung oder Korrektur aus der ersten und der zweiten Nanoverbundtinte darstellt, wie in 2B gezeigt ist.
2D ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen resultierenden Brechungsindex zwischen der ersten Nanoverbundtinte und der zweiten Nanoverbundtinte aus der Diffusion von Nanofüllstoffen der ersten und der zweiten Nanoverbundtinten darstellt, wobei die erste Nanoverbundtinte teilweise vor dem Abscheiden der zweiten Nanoverbundtinte ausgehärtet wurde.
2E ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Abscheidung von Nanoverbundtinte Seite bei Seite darstellt.
2F ist eine Querschnittsansicht, die schematisch Dasjenige darstellt, das in 2E gezeigt ist, wobei die Mischung der Nanoverbundtinte in einem langsamen Übergang des Profils des Brechungsindexes resultierte.
2G ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das darstellt, das in 2E gezeigt ist, wobei die Mischung der Nanoverbundtinte in einem schnellen Übergang des Profils des Brechungsindexes resultierte.
2H ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Mischung von Nanoverbundtinten in Luft darstellt.
3A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch den Brechungsgradienten eines optischen Elementes einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine erste Nanoverbundtinte ausweist, wobei die erste Nanoverbundtinte Nanofüllstoffe aufweist, die in einer ausgehärteten organischen Matrix dispergiert sind, und eine zweite Nanoverbundtinte umfasst, wobei die zweite Nanoverbundtinte Nanofüllstoffe aufweist, die in einer ausgehärteten organischen Matrix dispergiert sind, wobei sich die optische Dispersion der zweiten Nanoverbundtinte von der Dispersion der ersten Nanoverbundtinte unterscheidet, wobei die Verteilung der ersten Nanoverbundtinte und der zweiten Nanoverbundtinte in Dispersionsgradienten resultiert, wobei die Distorsionsgradienten die chromatische Aberration kompensieren.
3B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das darstellt, das in 3A gezeigt ist, und ferner exemplarische Strahlen umfasst.
3C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das darstellt, das in 3B gezeigt ist, wobei exemplarische Strahlen unter einem Winkel auf das optische Element treffen.
4A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch das darstellt, das in 3A gezeigt ist, wobei die Gradienten Index-Abbe-Nummer (GRIN) radial von einer optischen Achse variiert.
4B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein weiteres Detail von demjenigen darstellt, was in 4A gezeigt ist.
5A ist eine teilweise transparente perspektivische Ansicht, die schematisch das darstellt, das in 3A gezeigt ist, wobei die GRIN-Abbe-Zahl radial variiert und entlang einer optischen Achse variiert.
5B ist eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, die schematisch ein weiteres Detail von dem darstellt, das in 5A gezeigt ist.
6A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wo das optische Element eine negative Kraft hat.
6B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei das optische Element eine abbildende Optik ist.
6C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das optische Element ein Strahl-Aufweiter ist.
6D ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen anderen Strahl darstellt, der in dem optischen Element gemäß der vorliegenden Offenbarung aufgeweitet wird.
7A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein optisches System mit einer chromatischen Aberration darstellt.
7B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch das darstellt, das in 7A gezeigt ist, wobei eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung hinzugefügt ist, wobei das optische Element die chromatische Aberration des optischen Systems korrigiert.
8A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei das Substrat eine Optik ist.
8B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei das optische Element nach der Abscheidung geformt wird.
8C ist eine Querschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, wobei das optische Element in eine Form gedruckt ist.
Detaillierte Beschreibung
Es wird jetzt auf die Figuren Bezug genommen, wobei ähnliche Komponenten mit ähnlichen Referenzzeichen bezeichnet werden. Die Zeichnungen sind durch kartesische (wechselseitig rechtwinklige) Achsen x, y, und z gekennzeichnet, obwohl ein beliebiger Fachmann die Achsen in andere Koordinaten oder Topologien transferieren kann. Wenn auf ein optisches Element Bezug genommen wird, bezeichnet die z-Achse im Allgemeinen die Richtung der Lichtausbreitung und x und y sind die Querachsen. Verfahren zum Herstellen optischer Elemente werden hierin nachstehend beschrieben.
1A stellt schematisch eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung 10 zum Herstellen optischer Elemente gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Druckvorrichtung 10 ist zur Erläuterungszwecken vereinfacht. Fachleute werden im Allgemeinen den Tintenstrahldruckansatz erkennen, siehe Richard Chartoff et. al., „Functionally Grades Polymer Matrix Nano-Composites by Solid Freeform Fabrication,” der am Solid Freedom (SFF) Symposium 2003 dargestellt wurde und Richard Chartoff et al., „Poylmer Matrix Nanocomposites by Inkjet Printing”, der am SFF-Symposium 2005 dargestellt wurde.
Die Druckvorrichtung 10 von 1A hat ein Reservoir 12A und ein Reservoir 12B, die die Nanoverbundtinte 22A bzw. 22B fassen. Die Reservoirs 12A und 12B stellen einem Druckkopf 16A und 16B die Nanoverbundtinte 22A und 22B über eine Zuführleitung 14A bzw. 14B bereit. Die Druckköpfe 16A und 16B scheiden Nanoverbundtinte 22A und 22B auf einem Substrat 18 bei speziellen Voxel bereit, um dadurch ein optisches Element in Verarbeitung 20 zu bilden. Voxel bezeichnen Positionen im dreidimensionalen Raum. Ein Schlitten 17 positioniert das Substrat 18 bezüglich der Druckköpfe zum Abscheiden der Nanoverbundstofftinte in bestimmten Voxel. Das Substrat 18 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, die Glas, Metall, Keramik und organische Harze umfassen. Das Substrat 18 kann Teil des optischen Elementes werden oder alternativ kann das optische Element von dem Substrat entfernt werden. Für Anwendungen, bei denen das Substrat Teil des optischen Elementes wird, kann das Substrat optisch transmittierend, reflektierend oder absorbierend sein. Beispielsweise ist es bei Anwendungen wünschenswert, bei denen das optische Element optisch transmittierend ist und das Substrat Teil des optischen Elementes wird, dass das Substrat optisch transparent ist.
Nach dem Abscheiden der Nanoverbundtinte von einem der Druckköpfe kann das Substrat 18 bezüglich einer Strahlungsquelle 19A zum selektiven Aushärten der Nanoverbundtinte in Voxel positioniert werden. Selektives Aushärten bezeichnet eine lokalisierte Strahlung um Voxel, die die organische Wirtsmatrix aktivieren. Die Aktivierung der organischen Wirtsmatrix verfestigt die Nanoverbundtinte. Selektives Aushärten bedeutet Nicht-Aushärten, teilweises Aushärten oder vollständiges Aushärten, was dementsprechend Nicht-Verfestigen, teilweises Verfestigen oder vollständiges Verfestigen der Nanoverbundtinte bedeutet. Eine andere Strahlungsquelle 19B bewirkt eine Flächenhärtung des Substrates der Nanoverbundtinte auf dem Substrat. Flächenhärten ist wünschenswert, wenn die gesamte Nanoverbundtinte teilweise oder vollständig ausgehärtet sein muss.
1B stellt eine Druckvorrichtung 10 dar, die in 1B mit einem zusätzlichen Reservoir 12C und 12D, die eine Nanoverbundtinte 22C und 22D fassen, eine Zuführleitung 14C und 14D und einem Druckkopf 16C und 16D gezeigt ist. Die zusätzlichen Druckköpfe stellen eine zusätzliche Nanoverbundtinte bereit, die sich von der Nanoverbundtinte in anderen Druckköpfen unterscheidet.
2A stellt schematisch weitere Details des optischen Elementes in Herstellung 20, das in 1A gezeigt ist. Die Nanoverbundtinte 22A, die auf dem Substrat 18 abgeschieden ist, wird durch eine Nanoverbund-Luft-Schnittstelle 26A abgebunden. Die Nanoverbundtinte besteht aus einer organischen Matrix mit dispergierten Nanofüllstoffen 24A über die organische Matrix. Die organische Matrix ist ein mittels eines Tintenstrahls druckbares, optisch klares, foto-aushärtbares Harz. Vier nicht beschränkende Beispiele eines geeigneten organischen Matrixmaterials sind Polyacrylat, Hexanediol, Dyacrylat (HDODA), Polymethylmetacrylat (PMMA), Diethylenglycoldiacrylat (DEGDA) und SU-8. Die Nanofüllmaterialien sind keramische Nanopartikel, die gegenüber Lichtwellenlängen für die diejenigen Wellenlängen, für die das optische Element eingesetzt werden soll, ausreichend klein sind, um kein Licht zu streuen. Die Nanoverbundtinte kann sich zwischen dem Typ des Nanofüllmaterials, dem Typ der organischen Wirtsmatrix oder der Konzentration der Nanofülller und Kombinationen davon unterscheiden. Nicht beschränkende Beispiele von Nanofüllmaterialien umfassen der Berylliumoxid (BeO), Aluminiumnitrit (AlO), Siliziumcarbit (SiC), Zinkoxid (ZnO), Zinksulfid (ZnS), Zirkoniumoxid (ZrO), Ytterbiumoktovanat (YVO₄), Titaniumoxid (TiO₂), Kupfersulfid (CuS₂), Cadmiumselenid (CdSe) Bleisulfid (PbS), Molybdändisulfid (MoS₂) und Siliziumdioxid (SiO₂) einschließlich derer mit Kern-, Kern-Schale und Kern-Schale-Liegand-Architekturen. Eine optische Streuung der Nanoverbundtinte hängt von der organischen Matrix und den Nanofüllstoffen ab.
Die optische Dispersion wird durch die Abbe-Ziffer (V_d) gekennzeichnet. Die Abbe-Zahl zeigt das Maß der optischen Dispersion an, das durch folgende Gleichung beschrieben wird:
Wobei n_gelb der Brechungsindex bei 587,56 nm (nm), n_blau der Brechungsindex bei 486,13 nm und n_rot der Brechungsindex bei 656,27 nm ist. Eine hohe Abbe-Zahl zeigt eine niedrige optische Streuung an. Wenn auf eine GRIN-Optik Bezug genommen wird, ist eine GRIN-Abbe-Zahlt (V_GRIN) nützlich zum Beschreiben der Änderung der optischen Streuung innerhalb des optischen Elementes. Die GRIN-Abbe-Zahl wird durch folgende Gleichung beschrieben:
Wobei Δ die Änderung des Brechungsindex bei der zuvor erwähnten Wellenlänge in Abhängigkeit von Index Referenzpunkten darstellt. Eine hohe GRIN-Abbe-zahlt zeigt eine niedrige optische Streuung durch das GRIN-Material an. Die optische Streuung von Nanoverbundtinte kann durch eine Kombination von der organischen Matrix und den Nanofüllstoffen maßgeschneiderte werden. Positive und negative Werte der GRIN-Abbe-Zahl können erhalten werden, wie durch die folgenden Beispiele hierin demonstriert wird. Ein kombinieren der Nanofüllstoffe BeO und des organischen Wirts Polyacrylat führt zu der GRIN-Abbe-Zahl von etwa 2244.

n_rot n_gelb n_blau

Polyacrylat 1.4995 1.4942 1.4917

BeO 1.7239 1.7186 1.7162

Δ 0.2244 0.2244 0.2245

GRIN Abbe-Zahl 2244
Ein Kombinieren des Nanofüllers Wurzit-AlN mit dem organischen Polyacrylat führt zu der GRIN-Abbe-Zahl von etwa 959.

n_rot n_gelb n_blau

Polyacrylat 1.4995 1.4942 1.4917

wurtzite w-AlN 2.1730 2.1658 2.1659

Δ 0.6735 0.6716 0.6742

GRIN Abbe-Zahl 959
Ein Kombinieren des Nanofüllers AN und des organischen Wirtes SU8 resultiert in der GRIN-Abbe-Zahl von etwa –356.

n_rot n_gelb n_blau

SU8 1.5994 1.5849 1.5782

AlN 2.1704 2.1543 2.1476

Δ 0.5710 0.5694 0.5694

GRIN Abbe-Zahl –356
Ein kombinieren des Nanofüllers ZrO₂ und des organischen Wirtes SU8 resultiert in der GRIN-Abbe-Zahl von etwa 242.

n_rot n_gelb n_blau

SU8 1.5994 1.5849 1.5782

ZrO₂ 2.2272 2.2148 2.2034

Δ 0.6278 0.6299 0.6252

GRIN Abbe-Zahl –242
Fachleute erkennen, dass die genaue GRIN-Abbe-Zahl in Abhängigkeit von dem Material und von Änderungen bei dem Material Herstellungsprozess variiert. Die zuvor erwähnte Abbe-Zahl und die GRIN-Abbe-Zahl verwenden drei Wellenlängen Referenzpunkte im sichtbaren Spektrum, aber andere Wellenlängen Referenzpunkte können für Anwendungen in einem anderen Spektrum verwendet werden, wobei sich diese Wellenlängen Referenzpunkte in der korrekten Reihenfolge von einer kurzen Wellenlänge zu einer langen Wellenlänge befinden. Beispielsweise können bei nahen IR-Anwendungen 800 nm, 900 nm und 1000 nm die Wellenlängenreferenzen n_blau, n_gelb bzw. n_rot ersetzen. Eine zusätzliche Teilweisedispersion von Materialien wird die Auswahl der organischen Matrix und Nanopartikel beeinflussen. Die teilweise Dispersion von Material wird durch eine Änderungsrate des Brechungsindex als eine Funktion der Wellenlänge gekennzeichnet.
2B stellt schematisch ein weiteres Detail des in Herstellung befindlichen optischen Elementes 20, das in 2A gezeigt ist, mit einer zusätzlichen Abscheidung von Nanoverbundtinte 22B bei einem Voxel über dem Voxel der Nanoverbundtinte 22A dar. Hier wird die Nanoverbundtinte 22B nach der Abscheidung gezeigt, die durch ein Dispergieren des Nano Füllmaterial 24B, eine Tinte-Tinte-Schnittstelle 28A (wenn eine Mischung zwischen Nanopartikel Tinten noch nicht aufgetreten ist) und eine Luft-Tinte-Schnittstelle 26B gekennzeichnet ist.
2C stellt schematisch das in Herstellung befindlichen optische Element 20 dar, das in 2B gezeigt ist, wobei das selektive aus Härten der Nanoverbundtinte 22A vor dem Abscheiden der Nanoverbundtinte 22B einen 0-Aushärtung war. Eine Nanoverbundtinte 30 ist die resultierende Mischung von nicht gehärteten Nanoverbund Materialien 22A und 22B. Die Nanoverbundtinte 30 wird durch eine Tinte-Luft-Schnittstelle 32 und durch Nano Füllmaterialien 24A und 24B, die darin dispergiert sind, charakterisiert. Ein Brechungsindex zwischen der Oberseite und der Unterseite der Nanoverbundtinte 30 hängt von der konvektiven Vermischung, die von einer relativen Grüße, Geschwindigkeiten und Nano Füllmaterial-Konzentrationen zwischen den Nanoverbundtinte, einem teilweisen aus Härten des Tropfens der Nanoverbundtinte 22A vor dem Abscheiden der Nanoverbundtinte 22B, der Temperatur des Substrates und dem Zeitraum, der für eine Diffusion von Nanofüllstoffen von Nanoverbundtinten 22A und 22B zur Verfügung steht, bevor ein teilweises aushärten der Nanoverbundtinte erfolgt, zugelassen wird, ab.
2D stellt schematisch das in Herstellung befindlichem optischem Element 20, wie es in 2B gezeigt ist, dar, wobei das Nanoverbundmaterial 22A teilweise ausgehärtet ist. Dies resultiert in teilweisem Aushärten des Nanoverbund Materials 22A in einem gravierenden Bereich 28B zwischen dem Nanoverbund Material 22A und 22B. Das Ausmaß des gravierenden Bereichs 48B hängt von der selektiven Aushärtung der Nanoverbundstinte 22A ab. Ein Nicht-Aushärten ermöglicht die Mischung der Nanoverbundtinte Tinten, wie exemplarisch in 2C dargestellt ist. Das teilweise Aushärten ermöglicht eine Diffusion in einem begrenzten gravierenden Bereich 28A, wie in 2D exemplarisch dargestellt ist. Ein vollständiges Aushärten ermöglicht eine geringe Diffusion und resultiert in einer wesentlichen Tinte-Tinte-Schnittstelle 28A, wie exemplarisch in 2B dargestellt ist. Zusätzlich zum Steuern der gravierenden Bereiche reduziert ein teilweises Aushärten vor dem nachfolgenden Abscheiden die Belastung und die Spannung in dem resultierenden optischen Element.
2E stellt schematisch ein sich in Herstellung befindendes optisches Element 20 dar, das in 1A gezeigt ist, wo die Nanoverbundtinte Seite an Seite abgeschieden ist. Hier wird die Nanoverbundtinte 22B mit Nanofüllstoffen 24B und einer Tinte-Luft-Schnittstelle 26B entlang der Seite der Nanoverbundtinte 22C abgeschieden. Die Nanoverbundtinte 22C hat keinen Nanofüllstoffe, die durch eine Luftschnittstelle 26C gebunden sind.
2F stellt schematisch ein in Herstellung befindliches optisches Element 20 dar, wie in 2E gezeigt ist, wo sich die Nanoverbundtinte 22B mit dem Nanoverbund Material 22C vermischt hat, was in einem gradierenden-Nanoverbund Material 22D resultiert. Hier umfasst das Nanoverbundmaterial 22D, das durch eine Tinte-Luft-Schnittstelle 26D gebunden ist, eine Nano Füllmaterial 24D, wobei das gleiche Nano Füllmaterial wie bei der Nanoverbundtinte 22B in einem Rechnungsgradienten Profil 29B verteilt ist. Der Gradient ist ein Resultat einer Mischung von Nano Verbundmaterialien, wobei die teilweise Auswertung des Nanoverbund Material 22B minimal war und eine konvektiven Mischung und Zeit ermöglicht wurden, bevor die teilweise Auswertung erfolgte. Das Brechungsgradientenprofil 29B ist durch einen hohen Brechungsindex n_B, wobei der hohe Brechungsindex aufgrund der hohen Konzentration von Nanopartikel 24D auftritt, den langsamen und sanften Übergang in der y-Richtung zum niedrigen Brechungsindex n_C des Brechungsgradienten des Brechungsindex, wobei der niedrige Brechungsindex aufgrund der niedrigen Konzentration von Nanopartikel 24D auftritt.
2G stellt schematisch ein in Herstellung befindliches optisches Element 20 dar, wie es in 2E gezeigt ist, wo die Nanoverbundtinte 22B teilweise ausgehärtet wurde, bevor Nanoverbundtinte 22C abgeschieden wurde. Die für die teilweise Auswertung von Nanoverbundtinte 22B zu einer begrenzten Mischung von Nanoverbundtinte 22C an einer Schnittstelle 24AB, was in einem Brechungsgradienten 29C resultiert. Das Profil 29C des Brechungsgradienten ist durch den hohen Brechungsindex n_B, wobei der hohe Brechungsindex aufgrund der hohen Konzentration von Nanopartikel 24D auftritt, und durch dem sich in der y-Richtung nicht ändernden Gradienten des Brechungsindex gekennzeichnet, bis ein schneller Übergang auf einen niedrigen Brechungsindex n_B an der früheren Schnittstelle 24AB auftritt. Kann das Brechungsindexprofil 29C ohne dem teilweisen Aushärten der Nanoverbundtinte 22B vor dem Abscheiden der Nanoverbundtinte 22C erreicht werden, indem die zuvor beschriebenen Mischfaktoren beschränkt werden, beispielsweise ein Steuern der Geschwindigkeiten der Abscheidung der Nanoverbundtinte und Einschränken der Diffusion durch Temperatursteuerung des Substrates und die Abscheidung der Nanoverbundtinte innerhalb eines Gesteuerten Zeitraums.
2H stellt schematisch ein anderes Verfahren zum Mischen von Nanoverbundtinte dar. Die Nanoverbundtinte 26B und die Nanoverbundtinte 26C werden so abgeschieden, dass die entsprechenden Druckköpfe ausgerichtet sind, um zu bewirken, dass sich die Nanoverbundtinten in der Luft Mischen, was eine Nanoverbundtinte 22E erzeugt. Die Nanoverbundtinte 22E wird dann abgeschieden und auf das Substrat 18 gemischt, wobei die Nanofüllstoffe 24E durch die Tinte-Luft-Schnittstelle 26B gebunden sind.
3A stellt schematisch ein optisches Element 40 mit korrigierter optische Dispersion dar, das mit der Druckvorrichtung hergestellt wurde. Das optische Element 40 ist eine positive gravierenden Indexlinse (GRIN), die durch eine optische Achse 41, eine Luft-Element-Schnittstelle 42A und eine Element-Luft-Schnittstelle 24B gekennzeichnet ist. Das optische Element 40 hat eine höhere Konzentration an Nanofüllstoffen 44A entlang der optischen Achse und eine niedrigere Konzentration 44B, die einen Brechungsgradienten bilden. Hier wird der Brechungsgradient durch ein hyperparabolisches Indexprofil 45 gekennzeichnet, wobei sich die höchste Konzentration der Nanofüllstoffe entlang der optischen Achse 41 befindet. Fachleute werden das allgemeine Design als die ”Holzlinse” (Wood Lens) erkennen. Die Abscheidung der Nanoverbundtinte, die das optische Element bildet, ermöglicht andere Brechungsgradientenprofile, die sphärische, parabolische, axiale, verjüngender, asymmetrische oder andersartig gradierte Profile in einer, zwei oder drei Achsen zu umfassen und Profile zu umfassen, die in anderen Koordinatentransformationen beispielsweise Winkelkoordinaten, erzeugt werden. Ferner kann sich das Brechungsindexprofil von diesen Profilen zu anderen zuvor erwähnten Profilen entlang einer beliebigen Achse ändern. 3B stellt schematisch das optische Element 40, das in 3A gezeigt ist, mit zusätzlichen exemplarischen Lichtstrahlen 51, 52 und 53 dar. Die Lichtstrahlen 51 bestehen aus zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen und treten in das optische Element 40 an einer Luft-Element-Schnittstelle 42A entlang der optischen Achse 41 mit einem Einfallswinkel von null Grad ein, wobei das optische Element einen symmetrischen Brechungsgradienten um die optische Achse aufweist, wodurch ein Lichtstrahl 51, der aus zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen besteht in der Nanoverbundtinte gemäß dem Snelliussches Gesetz gebrochen wird. n₁(λ)sin(θ₁) = n₂(λ)sin(θ₂), wobei n₁(y) der wellenlängenabhängige Brechungsindex des ersten Mediums, Φ₁ der eingehende Einfallswinkel senkrecht zur ersten Mediums ist, n₂(λ) der wellenlängenabhängige Brechungsindex des zweiten Mediums ist und Φ₂ der Winkel des Eintretens in das zweite Medium ist. Hier ist das erste Medium Luft, der Einfallswinkel ist null, das zweite Medium ist eine Nanoverbundtinte und der Eintrittswinkel des zweiten Mediums ist null, was in keiner optischen Dispersion des Lichtstrahls 51 resultiert.
Ein Lichtstrahl 52, der aus zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen besteht, tritt in das optische Element 40 an der Luft-Element-Schnittstelle 42A unter einem Einfallswinkel von null Grad ein, erfährt eine optische Dispersion aufgrund eines transversen, refraktiven Gradienten des optischen Elementes mit einer positiven GRIN-Abbe-Zahl. Die optische Dispersion des Lichtstrahls 52 verursacht eine Strahltrennung, die beispielhaft durch eine kurze Wellenlänge 52A (kurzer Strahl) und einen Strahl 52B mit einer langen Wellenlänge (langer Strahl) beispielhaft dargestellt ist. Der Fachmann erkennt, dass die Strahltrennung zum Zwecke der Erläuterung übertrieben dargestellt ist.
Der kurze Strahl 52A und der lange Strahl 52B breiten sich durch das optische Element aus, die GRIN-Abbe-zahlt ändert sich langsam von positiv zu negativ, um dadurch die Brechung des kurzen Strahls zu reduzieren, während die Brechung des langen Strahls in einer Rekombination der Strahlen im Punkt 53 resultiert. Die Änderung der GRIN-Abbe-Zahl von negativ zu positiv erzeugt eine zunehmende Brechung des Kurzstrahls und eine reduzierte Brechung des Langstrahls, was in einer Strahltrennung resultiert. Die GRIN-Abbe-Zahl des optischen Elements ändert sich wieder von positiv zu negativ, was in der zuvor erwähnten Kombination des Strahls an der Element-Luft-Schnittstelle 42B resultiert. Der Einfallswinkel auf einer Schnittstelle 42B ist derart, dass die Brechung an der Schnittstelle darin resultiert, dass der Kurzstrahl und der Langstrahl aus dem optischen Element 40 mit etwa dem gleichen Winkel austreten, wobei sie sich zusammen in Richtung einem Brennpunkt 54A ausbreiten, um dadurch keine Verschiebung des Brennpunktes zu erfahren.
Wo lediglich zwei Strahlen gezeigt sind erkennen Fachleute, dass zusätzliche Wellenlängen sowie kontinuierliche wenn der von Wellenlängen, die andersartig als Breitband bekannt sind, durch die zuvor genannte Technik korrigiert werden können. Die Änderung der GRIN-Abbe-Zahl ist nicht notwendigerweise mit der Strahltrennung ausgerichtet, und die Änderung der GRIN-Abbe-Zahl kann auftreten, was darin resultiert, dass keine Strahlüberlappung bis zur Element-Luft-Austritt-Oberfläche auftritt. Die GRIN-Abbe-muss keine glatte Funktion noch wie gezeigt sinusförmiges sein. Auf ähnliche Weise kann eine Strahlüberlappung mehrere Male über mehrere Wellenlängen innerhalb des optischen Elementes auftreten. Die GRIN-Abbe-Zahl hängt räumlich von den eingehenden Strahlen ab und wird unterschiedliche Werte in Abhängigkeit vom Eintrittswinkel des optischen Elementes und Eintrittsortes erfahren.
3C stellt schematisch das dar, was in 3B gezeigt ist, wobei sich die Lichtstrahlen 51, 52 und 53 mit einem Einfallswinkel nähern, der nicht parallel zur optischen Achse 41 ist, was zu einer Fokus Position 54B außerhalb der Achse führt. Die Fokus Position 54B außerhalb der Achse befindet sich in einer Ebene quer zur optischen Achse 41, wobei die Ebene auch den Brennpunkt 54A umfasst. 3B zeigt Details zum Korrigieren einer axialen chromatischen Aberration. Die axiale chromatische Aberration wird durch eine Fokus Verschiebung von verschiedenen Wellenlängen entlang der optischen Achse charakterisiert. 3C stellt Korrekturen der transversalen chromatischen Aberration detailliert dar. Die transversale chromatische Aberration ist durch eine Verschiebung des Fokus von unterschiedlichen Wellenlängen in der Fokus Ebene gekennzeichnet. Zusätzlich zur Korrektur der chromatischen Aberration kann das optische Element einige nichtbeschränkende geometrische Operationen umfassen, eine sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Krümmung des Feldes und eine Verzerrung, die auch als Seidel, Aberration EN bekannt sind. Eine sphärische Aberration wird durch eine Defokussierung auf der Achse gekennzeichnet. Koma ist durch eine Unschärfe der Feldpunkte außerhalb der Achse gekennzeichnet. Astigmatismus ist durch eine asymmetrische Abbildung in Ebenen quer zur optischen Achse gekennzeichnet. Die Krümmung des Feldes ist durch Fokus auf einer gekrümmten Oberfläche anstelle einer bevorzugten ebenen Oberfläche gekennzeichnet. Verzerrung ist durch eine nicht lineare Abbildung als Funktion des Abstandes von der optischen Achse gekennzeichnet, was in einer Nadelkissen-Verzerrung oder Fass-Verzerrung resultiert. Wie zuvor erwähnt wurde, ermöglicht die Offenbarung der Technik komplexe Brechungsgradientenprofile, die zusätzlich zur chromatischen Aberration die zuvor angeführten geometrischen Aberrationen und Kombinationen davon korrigieren kann. Ferner können die geometrischen Aberrationen des Substrates des optischen Elementes gemessen werden, bevor eine Nanoverbundtinte abgeschieden wird und in dem finalen optischen Element durch Ändern des Gradienten Index des optischen Elementes korrigiert werden, um die gemessenen geometrischen Aberrationen zu korrigieren.
Eine Vielzahl von Techniken kann verwendet werden, um die geometrischen Aberrationen zu messen. Eine Optik kann die geometrische Aberration mit Wissen über die optischen Oberflächen und das Material bestimmt werden. Das Material der Optik ist im Allgemeinen bekannt oder kann ermittelt werden. Kostengünstige Verfahren umfassen reflektierende und transmittierende Spektrometrie und Refraktometrie, die im Stand der Technik wohl bekannte Techniken sind. Eine detaillierte Elementmaterialanalyse kann durch Scannen mit Elektronenmikroskopie, Röntgenspektrometrie und anderen fortschrittlichen Techniken erreicht werden. Oberflächeneigenschaften können unter Verwendung von Interferometrie, Profilometrie und anderen verwandten Techniken gemessen werden. Instrumente, die in der Lage sind, diese zuvor genannten geometrischen Aberrationen zu messen sowie andere sind handelsüblich von optischen Metrologie Firmen, beispielsweise ZYGO Corporation aus Middlefield, Connecticut verfügbar.
4A und 4B stellen schematisch eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Ein optisches Element 60 ist eine GRIN-Optik mit einem parabolischen GRIN-Profil wie das wenige, das allgemein in 3A gezeigt ist. Hier umfasst das optische Element ein Nanoverbund Material, das so abgeschieden ist, dass die GRIN-Abbe-Zahl sich radial von der optischen Achse 41 entlang zylindrisch symmetrisch einer exemplarischen GRIN-Abbe-Zahl-Profil 64 ändert. Das GRIN-Abbe-Zahl-Profil 64 umfasst einen Wendepunkt 62A, 62B und 62C, um dadurch die Strahltrennung zu korrigieren, die durch die optische Dispersion verursacht wird.
5A und 5B stellen schematisch noch eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Ein optisches Element 70 ist eine GRIN-Optik mit einem parabolischen Profil wie dasjenige, das allgemein in 3A gezeigt ist. Hier umfasst das optische Element 70 und das Material, das so abgeschieden ist, dass sich die GRIN-Abbe-Zahl radial von der optischen Achse 41 ändert und entlang der optischen Achse variiert. Ein GRIN-Abbe-Zahl-Profil 74A an der Luft-Element-Schnittstelle 76A umfasst Wendepunkt 72A, 72B und 72C. Das Abbe-Zahl-Profil ändert sich durch das optische Element, das in einem GRIN-Abbe-Profil 74B resultiert.
6A, 6B, 6C und 6D stellen schematisch andere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar, wobei die dunkleren, schattierten Bereiche einen höheren Brechungsindex des optischen Elementes darstellen. Im jeden der 6A–6D können die zuvor erwähnten Techniken oder Kombinationen davon implementiert werden. 6A stellt schematisch ein optisches Element 80A dar, wo die optische Abbildung negativ ist, was bewirkt, dass ein eingehender Strahl 82A von einer optischen Achse 41 divergiert. 6B stellt schematisch ein abbildendes optisches Element 80B dar, wo ein Feldpunkt 84A in einem Bildpunkt 84B abgebildet wird. 6C stellt schematisch ein optisches Element 80C dar, wo sich die optische Abbildungen von einer negativen zu einer positiven entlang der optischen Achse 41 ändert, was bewirkt, dass ein eingehender kollimierter Strahl 82C divergiert und dann konvergiert, sodass er das optische Element 80A expandiert und kollimiert verlässt. 6D stellt schematisch ein optisches Element 80D dar, beidem die positive optische Bildung entlang der optischen Achse 41 variiert, was bewirkt, dass ein eingehender Strahl 82D innerhalb des optischen Elements fokussiert und dann divergiert und expandiert, und schließlich das optische Element 80D expandiert und kolliminiert verlässt.
7A stellt schematisch ein optisches System 90A mit einer chromatischen Aberration dar. Das optische System 90 umfasst einen Lichtstrahl 91A, 92A und 93A, der sich zu einer Plan-konvexen Linse 94 ausbreitet, wobei die Plan-konvexe Linse aus Glas hergestellt ist. Die Lichtstrahlen 92A bestehen aus zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen, die in die Plan-konvexe Linse 94 an einer Luft-Glas-Schnittstelle 95 entlang einer optischen Achse 41 mit einem Einfallswinkel von null Grad eintreten, wodurch der Lichtstrahlen 92 eine nicht optische Dispersion erfährt. Die Lichtstrahl 91A und 93A, die symmetrisch um die optische Achse 41 sind, erfahren die gleichen optischen Effekte, wobei der Lichtstrahl 91A detailliert hierin beschrieben wird. Der Lichtstrahl 91A umfasst zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängen, tritt das optische Element 94 an der Luft-Glas-Schnittstelle 95A unter einem Einfallswinkel aufgrund der konvexen Linsenform der Linse 94 ein. Der Lichtstrahlen 91A erfährt eine chromatische Aberration aufgrund der optischen Dispersion des Glases, die exemplarisch durch einen Strahl 91B mit einer kurzen Wellenlänge (Kurzstrahl) dargestellt wird, der zu der optischen Achse mehr als einen Strahl 91C mit einer langen Wellenlänge (Langstrahl) gebrochen wird. Der Kurzstrahl 91B und der Langstrahl 91C breiten sich durch das Glas zur Glas-Luft-Schnittstelle 95B aus, wo die Brechung wieder auftritt, was dazu führt, dass der Kurzstrahl 91B auf der optischen Achse 41 an einem Punkt 96A und der Langstrahl 91C auf der optischen Achse 41 an einem Punkt 96B fokussiert wird.
7B stellt schematisch das optische System dar, das in 7A gezeigt ist, wobei zusätzlich ein optisches Element 96 gemäß der vorliegenden Offenbarung nach der Plankonvexen Linse 94 positioniert ist. Der Kurzstrahl 91B und der Langstrahl 91C treten in das optische Element 96 an einer Luft-Element-Schnittstelle 95C ein und erfahren eine Brechung in das optische Element 96. Das optische Element umfasst zumindest zwei Nanoverbundtinten, wobei die Verteilung der Nanoverbundtinten, die die zuvor genannten Techniken verwenden, den Kurzstrahl und den Langstrahl zu einer Element-Luft-Schnittstelle 95D unter einem Winkel richten, so dass die Brechung an der Schnittstelle 95D dazu führt, dass der Kurzstrahl 91B und der Langstrahl 91C aus dem optischen Element 96 überlappend und zusammen ausbreitend in Richtung eines Überlappungspunktes 96C austreten, um dadurch die chromatische Aberration des optischen Systems 90 zu korrigieren.
Während dies ein spezielles Bespiel zeigt, können andere Positionen und andere optische Systeme korrigiert werden. Beispielsweise kann das optische Element vor einer Plankonvexen Linse 94 positioniert werden, was die später auftretende chromatische Aberration korrigiert. Alternativ können andere optische Systeme, die aus Linsen, Spiegeln, Fasern, Brechungsoptik oder anderen Komponenten bestehen, das offenbarte optische Element und Kombinationen davon mit dem optischen Element gemäß der vorliegenden Offenbarung korrigiert werden.
8A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein optisches Element 100A darstellt. Ein optisches Element 100A umfasst ein Substrat 102, wobei das Substrat eine Planungkonvexe aus Glas hergestellte Optik ist. Die Nanoverbundtinte wird abgeschieden, um die Brechungsgradienten eines Bulk-Nanoverbundmaterials 104 mit einem Nanofüllstoff 106 zu bilden, der die chromatische Aberration ein und die geometrischen Aberrationen der Plankonvexen Optik korrigiert. Eine Element-Luft-Schnittstelle 108 ist planar gezeigt, aber sie kann auf eine solche Weise gedruckt werden, dass sie mit dem zu Grunde liegenden Substrat oder anderen Geometrien konform ist.
8B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eingeformt das optische Element 100B zeigt, wobei das optische Element 100B nach der Abscheidung geformt ist. Die Nanoverbundtinte wird zuerst abgeschieden, dann teilweise durch Verfahren, beispielsweise durch einen-Punkt-Diamant-Drehen oder chemisch mechanisches Polieren oder Lösungsmittel basiertes Entfernen von nicht ausgehärteten Polymeren entfernt, was eine Luft-Element-Schnittstelle 112 bildet, wo die Schnittstelle eine Krümmung hat. Die verbleibende Nanoverbundtinte und die verbleibenden Nanofüllmaterialien 106, die unter Verwendung der zuvor erwähnten Techniken strukturiert sind korrigiert die Chromatischen Aberrationen und die geometrischen Aberrationen.
8C ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Form zum Drucken eines optischen Elementes 114 zeigt. Hier ist die Form das Substrat und hat eine Krümmung an einer Nanoverbund-Form-Schnittstelle 118, was bewirkt, dass die Nanoverbundtinte konform zur Krümmung der Form ist, was in einem optischen Element 114 resultiert, dass die Krümmung der Schnittstelle nach dem Entfernen beibehält. Die Nanoverbundtinte und Nanofüllmaterialien 106 sind unter Verwendung der zuvor genannten Techniken strukturiert, was die chromatischen Aberrationen und geometrischen Operationen des resultierenden optischen Elementes korrigiert.
Auf Grundlage der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung, die hierin bereitgestellt ist, kann ein Fachmann die optischen Elemente gemäß der vorliegenden Offenbarung konstruieren. Beispielsweise kann ein Fachmann ein optisches Element konstruieren, das das GRIN-Material unter Verwendung handelsüblicher verfügbarer optischer Designsoftware, beispielsweise ZEMAX, die von Zemax Corporation aus Belleview, Washington verfügbar ist.
Fachleute, an die die vorliegende Offenbarung gerichtet ist, werden erkennen, dass während die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Elementes und des Verfahrens zur Herstellung unter Verwendung bestimmter Brechungsprofile, GRIN-Abbe-Zahl-Profilen und Materialien exemplarisch dargestellt sind, können andere unter Verwendung dieser Ausführungsformen kombiniert werden, ohne vom Geist und Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Während einige der zuvor beschriebenen Ausführungsformen unter der Annahme einer Symmetrie um die optische Achse beschrieben wurden, kann der Fachmann erkennen, dass die Radialsymmetrie kein Erfordernis ist und zylindrische optische Elemente mit den offenbarten Techniken implementiert werden können. Während Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zuvor unter Bezugnahme auf die chromatische Aberration beschrieben sind, ist die Offenbarung gleichermaßen auf andere optische Aberration-Korrekturen anwendbar. Ferner ermöglichen die beschriebenen Techniken ein athermisches Design, was ermöglicht, dass das offenbarte optische Element hinsichtlich des Temperaturkoeffizienten des Brechungsindex (dn/dT) korrigiert ist.
In Summe ist die vorliegende Offenbarung zuvor in der Form spezieller Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die hierin beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung lediglich durch die hieran angehängten Ansprüche beschränkt.

Claims

Optisches Element mit korrigierter optischer Dispersion, wobei das optische Element aufweist: eine erste Nanoverbundtinte, wobei die erste Nanoverbundtinte Nanofüllmaterial aufweist, das in einer ausgehärteten organischen Matrix dispergiert ist; eine zweite Nanoverbundtinte, wobei die zweite Nanoverbundtinte Nanofüllstoffe aufweist, die in der ausgehärteten organischen Matrix dispergiert sind, wobei sich die optische Dispersion der zweiten Nanoverbundtinte von der optischen Dispersion der ersten Nanoverbundtinte unterscheidet; und wobei die Verteilung der ersten Nanoverbundtinte und der zweiten Nanoverbundtinte in refraktiver Gradienten mit einer optischen Dispersion resultiert, wobei die refraktiven Gradienten die chromatische Aberration korrigieren.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Nanofüllstoffe den gleichen Typ von organischer Matrix aufweisen.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei sich die Nanofüllstoffe des ersten Nanoverbundmaterials von demjenigen der Nanofüllstoffe des zweiten Nanoverbundmaterials unterscheiden.
Optisches Element nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine dritte Nanoverbundtinte, wobei sich die optische Dispersion der dritten Nanoverbundtinte von derjenigen der anderen Nanoverbundtinten unterscheidet.
Optisches Element nach Anspruch 4, ferner aufweisend ein viertes Nanoverbundmaterial, wobei sich die Dispersion des vierten Nanoverbundmaterials von den anderen Nanoverbundtinten unterscheidet.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Nanofüllstoffe keramische Nanopartikel sind, wobei die Nanopartikel ausreichend klein sind, um kein Licht zu streuen.
Optisches Element nach Anspruch 6, wobei die Nanofüllstoffe in dem Wirts-Material dispergiert sind, sodass eine Agglomerationen von Nanofüllstoffen, deren Abmessungen über einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes liegt, auf weniger als 10% des Inhaltes der Nanofüllstoffe minimiert ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei ein GRIN-Abbe-Zahl-Profil als eine Funktion entlang einer optischen Achse des optischen Elements variiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das GRIN-Abbe-Zahl-Profil radial von der optischen Achse variiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das GRIN-Abbe-Zahl-Profil radial von der optischen Achse und entlang der Länge der optischen Achse variiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Abbildung lediglich in einer Achse bewirkt.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Abbildung des optischen Elementes positiv ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Abbildung des optischen Elementes negativ ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Abbildung des optischen Elementes von negativ zu positiv entlang der optischen Achse variiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Strahlaufweitungseinrichtung ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Substrat.
Optisches Element nach Anspruch 16, wobei das Substrat ein optisches Bauteil ist.
Optisches Element nach Anspruch 17, wobei das optische Bauteil eine Nanoverbundmaterialoptik ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Abbildung von null hat und eine chromatische Aberration von anderen Optikern korrigiert.
Optisches Element nach Anspruch 19, wobei das optische Element zusätzlich eine geometrische Aberration anderer Optikern korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel abgeschieden wird, um eine optische Strahlung für zwei oder mehreren Wellenlängen für eine Gruppe zu korrigieren, die aus ultravioletten, sichtbaren; nah-infraroten, kurzwellenlängigen infraroten, mittelwellenlängigen infraroten, langwelligen infraroten Wellenlängen oder Kombinationen davon besteht.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das optische Element für eine chromatische Aberration von zwei Wellenlängenbändern korrigiert ist, wobei die Wellenlängen der Wellenlängenbänder separiert sind.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Verteilung der Nanoverbundtinte einen Temperaturkoeffizienten des Brechungsindex, einen Temperaturkoeffizienten der Abbe-Zahl und einen Temperaturkoeffizienten der GRIN-Abbe-Zahl korrigiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Verteilung der Nanoverbundtinte die teilweise Dispersion dem Temperaturkoeffizienten der teilweisen Dispersion auf dem Substrat korrigiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Verteilung der Nanoverbundtinte die Abbe-Zahl, die teilweise Dispersion, dem Temperaturkoeffizienten der teilweisen Dispersion und den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung (CTE) des Substrates korrigiert.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche mittels Gießen, Ätzen, Diamantschleifen oder anderen mechanischen Bearbeitungsverfahren geformt wird.
Verfahren zum Herstellen eines dispersionskorrigierten optischen Elementes, aufweisend: (a) Abscheiden einer ersten Nanoverbundtinte mittels einem oder mehrerer Voxel; (b) selektives Aushärten ersten Nanoverbundtinte; (c) Abscheiden einer zweiten Nanoverbundtinte mittels einem oder mehreren Voxel, wobei sich das Abscheiden der zweiten Nanoverbundtinte von dem Abscheiden der ersten Nanoverbundtinte unterscheidet; (d) selektives Aushärten der abgeschiedenen Nanoverbundtinte; (e) Abscheiden einer dritten Nanoverbundtinte mittels einer oder mehrerer Voxel, wobei sich das Abscheiden der dritten Nanoverbundtinte von dem Abscheiden der zweiten Nanoverbundtinte unterscheidet; (f) selektives Aushärten der abgeschiedenen Nanoverbundtinte; und (g) Wiederholen der Schritte (c) bis (f) um ein optisches Element zu bilden, wobei die erste Nanoverbundtinte, die zweite Nanoverbundtinte und die dritten Nanoverbundtinte zusammenwirkend über das optische Element verteilt sind, um eine chromatische Aberration zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die dritten Nanoverbundtinte die gleiche wie die erste Nanoverbundtinte ist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Konzentration der Nanofüllstoffe in der Nanoverbundtinte bezüglich ihrer Konzentration bei den wiederholten Schritten variiert.
Verfahren nach Anspruch 27, ferner aufweisend einen zusätzlichen Schritt des vollständigen Aushärtens aller abgeschiedenen Nanoverbundtinten.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die chromatische Aberration des Substrates vor der Abscheidung der Nanoverbundtinte gemessen wird, was in einer Abscheidung von Nanoverbundtinte resultiert, die die gemessene chromatische Aberration des Substrates korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die geometrischen Aberrationen des Substrates vor der Abscheidung der Nanoverbundtinte gemessen werden, was darin resultiert, dass die Nanoverbundtinte zusätzlich die geometrischen Aberrationen auf dem Substrat korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die geometrischen Aberrationen Seidel-Aberrationen sind.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel ausgeschieden ist und selektiv ausgehärtet wird, wenn zusätzlich eine Unterbrechung zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte abgeschieden wird, um Änderungen des spektralen Brechungsindex über einen von Temperaturen unter Verwendung der Nanoverbundtinten zu berücksichtigen, die auf Grundlage des Temperaturkoeffizienten des Brechungsindex der Nanoverbundtinte ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte auf Grundlage des Gradienten der teilweisen Dispersion der Nanoverbundtinte ausgewählt sind, um ferner eine chromatische Aberration zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das selektive Aushärten Laserlicht verwendet, um das Quer-Verlinken eines lokalisierten Bereichs der Nanoverbundtinte zu verbessern, was eine lokale Änderung des Brechungsindex oder der Abbe-Zahl bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel abgeschieden wird, sodass der Brechungsgradient zur Übertragung durch eine Luft-Element-Schnittstelle optimiert wird und sich der Brechungsgradient mit einer oder mehreren Nanoverbundtinten zu einer GRIN-Abbe-Zahl mit einer inversen Polarität ändert.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel abgeschieden wird, um eine optische Strahlung in zwei oder mehr Wellenlängen aus einer Gruppe zu korrigieren, die aus einer ultravioletten, einer sichtbaren, einen nah-infraroten, einer kurzwellenlängigen-infraroten, einen mittelwellenlängigen-infraroten, einer langwelligen-infraroten Wellenlänge oder Kombinationen daraus besteht.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel abgeschieden wird, um zusätzlich eine teilweise Dispersion und den Temperaturkoeffizienten der teilweisen Dispersion zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei die Nanoverbundtinte zusätzlich eine geometrische Aberration korrigiert.
Optisches Element nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel abgeschieden wird, um den Temperaturkoeffizient des Brechungsindex, den Temperaturkoeffizient der GRIN-Abbe-Zahl und den Temperaturkoeffizienten der teilweisen Dispersion zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Nanoverbundtinte in Voxel abgeschieden ist, um die Abbe-Zahl, eine teilweise Dispersion, einen Temperaturkoeffizienten der teilweisen Dispersion, einen Koeffizienten der thermalen Expansion (CTE) zu korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Voxel derart angeordnet sind, dass sie eine Doppelabbildung korrigieren.
Verfahren nach Anspruch 27, aufweisend einen zusätzlichen Schritt des Entfernens des Substrats von der abgeschiedenen Nanoverbundtinte, wobei die Nanoverbundtinte das optische Element bildet.
Verfahren nach Anspruch 27, aufweisend einen zusätzlichen Schritt, bei dem die Oberfläche des optischen Elementes mechanisch geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Substrat eine Form ist.
Verfahren nach Anspruch 47, ferner aufweisend einen zusätzlichen Schritt des Entfernens des optischen Elements aus der Form.