RU2731456C1 - Master-matrix for copying optical surfaces - Google Patents
Master-matrix for copying optical surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731456C1 RU2731456C1 RU2019144382A RU2019144382A RU2731456C1 RU 2731456 C1 RU2731456 C1 RU 2731456C1 RU 2019144382 A RU2019144382 A RU 2019144382A RU 2019144382 A RU2019144382 A RU 2019144382A RU 2731456 C1 RU2731456 C1 RU 2731456C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- aspherical
- polymer composition
- master
- spherical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
- B29D11/00019—Production of simple or compound lenses with non-spherical faces, e.g. toric faces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
- B29D11/0048—Moulds for lenses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00605—Production of reflex reflectors
- B29D11/00625—Moulds for reflex reflectors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
- G02B1/041—Lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
- G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологической оснастке, применяемой при формообразовании оптических поверхностей со сложной геометрической формой (выпуклых и вогнутых асферических, в том числе цилиндрических и тороидальных) методом копирования, а именно к разработке конструкции мастер-матрицы для копирования оптических поверхностей, и может быть использовано в оптико-электронном приборостроении при массовом изготовлении оптических элементов с асферическими поверхностями.The invention relates to technological equipment used in the shaping of optical surfaces with a complex geometric shape (convex and concave aspherical, including cylindrical and toroidal) by the copying method, namely to the development of a master matrix design for copying optical surfaces, and can be used in optical - electronic instrumentation in the mass production of optical elements with aspherical surfaces.
Наиболее трудоемким этапом при изготовлении технологической оснастки для копирования оптических поверхностей является этап изготовления уникальных прецизионных мастер-матриц с асферической поверхностью на сферической заготовке, которые очень сложно производить в большом количестве при осуществлении массового выпуска оптических элементов с асферическими рабочими поверхностями.The most laborious stage in the manufacture of technological equipment for copying optical surfaces is the stage of manufacturing unique precision master matrices with an aspherical surface on a spherical workpiece, which are very difficult to produce in large quantities when mass production of optical elements with aspherical working surfaces is carried out.
Известна мастер-матрица для копирования оптических поверхностей, используемая в способе изготовления гибридной асферической линзы, содержащая подложку, имеющую асферическую поверхность [WO 2004/097488 от 01.05.2004 г. МПК G02B 7/02. Дата публикации - 11.11.2004 г.].Known master matrix for copying optical surfaces used in the method of manufacturing a hybrid aspherical lens, containing a substrate having an aspherical surface [WO 2004/097488 from 01.05.2004, IPC G02B 7/02. Date of publication - 11.11.2004].
Прототипом является прецизионная мастер-матрица для копирования оптических поверхностей, содержащая полированную подложку, имеющую асферическую поверхность [Справочник технолога-оптика / Под. ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. С. 333, рис. 7.1, г, С. 335-336].The prototype is a precision master matrix for copying optical surfaces, containing a polished substrate with an aspherical surface [Handbook of Optical Technologist / Ed. ed. M.A. Okatova. - SPb .: Polytechnic, 2004.S. 333, fig. 7.1, d, S. 335-336].
Подложка, имеющая асферическую поверхность, изготавливается с высоким уровнем точности. Наиболее распространенными являются методы формообразования асферических поверхностей путем их шлифовки и полировки [В.К. Кирилловский, Е.В. Гаврилов. Оптические измерения. Часть 7. Инновационные методы контроля при изготовлении прецизионных асферических поверхностей. СПб ГУ ИТМО. 2009. - С. 6-8].The aspherical substrate is manufactured with a high level of precision. The most common are methods of shaping aspherical surfaces by grinding and polishing them [V.K. Kirillovsky, E.V. Gavrilov. Optical measurements. Part 7. Innovative control methods in the manufacture of precision aspherical surfaces. SPb GU ITMO. 2009. - S. 6-8].
Основным недостатком аналога и прототипа является технологическая сложность и высокая трудоемкость изготовления мастер-матрицы из-за необходимости тонкого шлифования, полирования, прецизионной ручной доводки (ретуши) эталонной асферической поверхности.The main disadvantage of the analogue and the prototype is the technological complexity and high labor intensity of manufacturing the master matrix due to the need for fine grinding, polishing, precision manual finishing (retouching) of the reference aspherical surface.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка конструкции мастер-матрицы, позволяющей упростить технологию и снизить трудоемкость ее изготовления за счет исключения операции асферизации сферической подложки мастер-матрицы, включающей тонкое шлифование, полирование и прецизионную доводку асферической поверхности.The technical problem to be solved by the invention is the development of a master matrix design, which makes it possible to simplify the technology and reduce the labor intensity of its manufacture by eliminating the operation of aspherization of the spherical substrate of the master matrix, including fine grinding, polishing and precision finishing of the aspherical surface.
Техническая задача решается тем, что в мастер-матрице для копирования оптических поверхностей, содержащей подложку с выполненной на ней асферической поверхностью, согласно настоящему изобретению, асферическая поверхность выполнена на поверхности слоя из отвержденной полимерной композиции, нанесенного на сферическую поверхность подложки, при этом отвержденная полимерная композиция содержит наполнитель в виде порошка с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции, а сферическая поверхность подложки выполнена шлифованной.The technical problem is solved by the fact that in a master matrix for copying optical surfaces containing a substrate with an aspherical surface made on it, according to the present invention, an aspherical surface is made on the surface of a layer of a cured polymer composition applied to a spherical surface of the substrate, while the cured polymer composition contains a filler in the form of a powder with a particle size of not more than 10 microns from the same pre-cured polymer composition, and the spherical surface of the substrate is polished.
На фиг. 1 изображена предлагаемая мастер-матрица для копирования оптических поверхностей.FIG. 1 shows the proposed master matrix for copying optical surfaces.
Мастер-матрица содержит подложку 1, имеющую шлифованную сферическую поверхность 2, на которой выполнена асферическая поверхность 3 в виде слоя 4 отвержденной полимерной композиции, содержащей наполнитель 5.The master matrix contains a
В качестве наполнителя 5 использован порошок с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции.Powder with a particle size of not more than 10 microns from the same pre-cured polymer composition was used as
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific implementation.
Пример 1.Example 1.
Подложка 1 предлагаемой мастер-матрицы представляет собой выпуклую сферическую шлифованную подложку с размерами 70×60×15 мм с радиусом кривизны рабочей поверхности 500 мм, выполненную из оптического стекла марки К8.
На сферическую шлифованную рабочую поверхность 2 подложки 1 мастер-матрицы нанесен методом копирования асферический слой 4 толщиной 300-400 мкм, представляющий собой отвержденную полимерную композицию на основе пропиленгликольмалеинатфталата с наполнителем 5.On the spherical polished working
Асферический слой 4 из отвержденной полимерной композиции с наполнителем 5 позволяет использовать в качестве подложки мастер-матрицы подложку 1, шлифованную до сферической поверхности 2, и, тем самым, исключить этап тонкого шлифования, полирования и прецизионной доводки мастер-матрицы для получения асферической поверхности 3.An aspherical layer 4 made of a cured polymer composition with a
В качестве наполнителя 5 использован порошок с размером частиц не более 10 мкм из предварительно отвержденной и измельченной полимерной композиции на основе пропиленгликольмалеинатфталата в количестве 60% от объема отверждаемой полимерной композиции, что позволяет получать рабочие асферические поверхности с требуемыми допусками на форму поверхности, шероховатость и чистоту.As a
Наличие наполнителя 5 в асферическом слое 4 мастер-матрицы позволяет снизить степень линейной усадки полимерной композиции до 4%, что, в свою очередь, позволяет выполнить однократное нанесение на сферическую шлифованную рабочую поверхность 2 асферического слоя 4 и, тем самым, снизить трудоемкость изготовления мастер-матрицы за счет снижения в 3-5 раз времени формирования асферической поверхности 3.The presence of
Изготовление предлагаемой мастер-матрицы производится без трудоемких операций тонкого шлифования, полирования и прецизионной ручной доводки (ретуши) асферической поверхности 3, при этом изготовление шлифованной сферической подложки 1 мастер-матрицы осуществляется на оптическом станке с ЧПУ.The manufacture of the proposed master matrix is carried out without time-consuming operations of fine grinding, polishing and precision manual finishing (retouching) of the
Подготовительный этап ее изготовления включает в себя только обработку подложки грубой фрезой и последующее шлифование для получения сферической поверхности (время операции - приблизительно 3 часа).The preparatory stage of its manufacture includes only processing the substrate with a coarse cutter and subsequent grinding to obtain a spherical surface (operation time - approximately 3 hours).
Окончательный этап изготовления мастер-матрицы включает в себя операцию однократного нанесения методом копирования на сферическую шлифованную рабочую поверхность 2 асферического слоя 4 (время операции - приблизительно 3 часа).The final stage of manufacturing the master matrix includes the operation of a single application by copying onto the spherical
Возможна, но не обязательна, операция напыления в вакууме путем термического испарения на поверхность асферического слоя 4 тонкого металлического слоя с использованием вакуумной установки (время операции -приблизительно 8 часов).Possible, but not required, the operation of vacuum deposition by thermal evaporation of a thin metal layer on the surface of the aspherical layer 4 using a vacuum installation (operation time is approximately 8 hours).
Таким образом, общее время изготовления мастер-матрицы составляет приблизительно 14 часов.Thus, the total manufacturing time for the master die is approximately 14 hours.
По окончании процесса изготовления мастер-матрицы контролируют параметры ее оптической поверхности на соответствие техническим требованиям (точность заданной поверхности, шероховатость, класс чистоты поверхности).At the end of the manufacturing process of the master matrix, the parameters of its optical surface are monitored for compliance with technical requirements (accuracy of a given surface, roughness, surface finish class).
Мастер-матрица, изготовленная для осуществления массового выпуска зеркал с асферической поверхностью, имеющих размеры 70×60×15 мм и радиусы кривизны рабочей поверхности в меридиальной и в сагиттальной плоскостях равные 500 мм и 334 мм, соответственно, зеркально повторяет копируемую асферическую поверхность и соответствует техническим требованиям.The master matrix, made for the mass production of mirrors with an aspherical surface, measuring 70 × 60 × 15 mm and the radius of curvature of the working surface in the meridian and sagittal planes equal to 500 mm and 334 mm, respectively, mirrors the copied aspherical surface and corresponds to the technical requirements.
Износоустойчивость поверхности асферического слоя 4 из отвержденной полимерной композиции с наполнителем 5 сопоставима с износоустойчивостью асферической поверхности 3 подложки из оптического стекла известной мастер-матрицы (прототипа).The wear resistance of the surface of the aspherical layer 4 made of the cured polymer composition with the
Количество копий оптических поверхностей, получаемых при помощи предлагаемой мастер-матрицы и известной мастер-матрицы (прототипа) также сопоставимы и составляет приблизительно 20 единиц.The number of copies of optical surfaces obtained using the proposed master matrix and the known master matrix (prototype) is also comparable and is approximately 20 units.
Были проведены климатические и вибрационные испытания образцов предлагаемой мастер-матрицы, которые показали, что она выдерживает воздействие повышенной влажности и вибраций, а также воздействие перепадов температуры при эксплуатации в диапазоне от -70°С до +90°С.Climatic and vibration tests of the samples of the proposed master matrix were carried out, which showed that it withstands the effects of high humidity and vibrations, as well as the effect of temperature drops during operation in the range from -70 ° C to + 90 ° C.
Пример 2 (прототип).Example 2 (prototype).
Подложка данной мастер-матрицы представляет собой полированную подложку, выполненную из оптического стекла марки К8, имеющую заданную асферическую поверхность, с размерами 70×60×15 мм с радиусом кривизны рабочей поверхности в меридиальной и в сагиттальной плоскостях равными 500 мм и 334 мм, соответственно.The substrate of this master matrix is a polished substrate made of K8 optical glass with a given aspherical surface with dimensions of 70 × 60 × 15 mm with a radius of curvature of the working surface in the meridian and sagittal planes equal to 500 mm and 334 mm, respectively.
Изготовление мастер-матрицы производится с использованием трудоемких операций тонкого шлифования, полирования на оптическом станке с ЧПУ и прецизионной ручной доводки (ретуши) асферической поверхности.Manufacturing of the master matrix is carried out using laborious operations of fine grinding, polishing on an optical CNC machine and precision manual finishing (retouching) of the aspherical surface.
Подготовительный этап ее изготовления включает следующие процессы обработки поверхности подложки мастер-матрицы:The preparatory stage of its manufacture includes the following processes for processing the surface of the master matrix substrate:
- обработка подложки грубой фрезой и последующее шлифование для получения сферической поверхности (время операции - приблизительно 3 часа);- processing the substrate with a rough cutter and subsequent grinding to obtain a spherical surface (operation time - approximately 3 hours);
- тонкое шлифование подложки для получения асферической поверхности (время операции - приблизительно 8 часов);- fine grinding of the substrate to obtain an aspherical surface (operation time - approximately 8 hours);
- полирование асферической поверхности подложки (время операции - приблизительно 24 часа);- polishing the aspherical surface of the substrate (operation time - approximately 24 hours);
- прецизионная доводка асферической поверхности (время операции - приблизительно 12 часов).- Precision finishing of the aspherical surface (operation time - approximately 12 hours).
Окончательный этап изготовления мастер-матрицы включает в себя напыление в вакууме путем термического испарения на асферическую поверхность тонкого металлического слоя с использованием вакуумной установки (время операции напыления - приблизительно 8 часов).The final stage of manufacturing the master matrix includes vacuum deposition by thermal evaporation on the aspherical surface of a thin metal layer using a vacuum installation (the deposition operation time is approximately 8 hours).
Общее время изготовления мастер-матрицы, выбранной в качестве прототипа, составляет приблизительно 55 часов.The total manufacturing time for the prototype master matrix is approximately 55 hours.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения, благодаря тому, что асферическая поверхность мастер-матрицы выполнена на поверхности слоя из отвержденной полимерной композиции, нанесенного на сферическую поверхность подложки, при этом отвержденная полимерная композиция содержит наполнитель в виде порошка с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции, а сферическая поверхность подложки выполнена шлифованной, позволяет упростить технологию и снизить время изготовления мастер-матрицы приблизительно в 3-4 раза за счет исключения операций тонкого шлифования подложки для получения асферической поверхности, полирования этой поверхности и ее прецизионной доводки.Thus, the use of the present invention, due to the fact that the aspherical surface of the master matrix is made on the surface of the layer of a cured polymer composition applied to the spherical surface of the substrate, while the cured polymer composition contains a filler in the form of a powder with a particle size of no more than 10 μm from that the same pre-cured polymer composition, and the spherical surface of the substrate is made polished, makes it possible to simplify the technology and reduce the manufacturing time of the master matrix by approximately 3-4 times by eliminating the operations of fine grinding of the substrate to obtain an aspherical surface, polishing this surface and its precision finishing.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019144382A RU2731456C1 (en) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | Master-matrix for copying optical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019144382A RU2731456C1 (en) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | Master-matrix for copying optical surfaces |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2731456C1 true RU2731456C1 (en) | 2020-09-03 |
Family
ID=72421747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019144382A RU2731456C1 (en) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | Master-matrix for copying optical surfaces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2731456C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004097488A1 (en) * | 2003-05-01 | 2004-11-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing hybrid aspherical lens |
US20070241471A9 (en) * | 2001-05-07 | 2007-10-18 | Wires Duane L | Method and apparatus for manufacturing plastic optical lenses molds and gaskets |
RU2373054C2 (en) * | 2007-08-03 | 2009-11-20 | Национальный Авиационный Университет | Method of making master model for making flat spherical fresnel lens (versions) |
JP2010066518A (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Glory Science Co Ltd | Fresnel lens, device for manufacturing fresnel lens and method thereof |
-
2019
- 2019-12-24 RU RU2019144382A patent/RU2731456C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070241471A9 (en) * | 2001-05-07 | 2007-10-18 | Wires Duane L | Method and apparatus for manufacturing plastic optical lenses molds and gaskets |
WO2004097488A1 (en) * | 2003-05-01 | 2004-11-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing hybrid aspherical lens |
RU2373054C2 (en) * | 2007-08-03 | 2009-11-20 | Национальный Авиационный Университет | Method of making master model for making flat spherical fresnel lens (versions) |
JP2010066518A (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Glory Science Co Ltd | Fresnel lens, device for manufacturing fresnel lens and method thereof |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Справочник технолога-оптика, под. ред. М.А. Окатова, СПб., Политехника, 2004, с. 333-336. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3900328A (en) | Method and apparatus for molding glass lenses | |
CN107457616A (en) | A kind of diamond crystal surface chemical mechanical polishing method based on nano-nickel powder | |
Yan et al. | Fabrication of optical freeform molds using slow tool servo with wheel normal grinding | |
US4319945A (en) | Method of producing aspherical optical elements | |
Yan et al. | Three-linear-axis grinding of small aperture aspheric surfaces | |
Yu et al. | Profile error compensation in ultra-precision grinding of aspherical-cylindrical lens array based on the real-time profile of wheel and normal residual error | |
RU2731456C1 (en) | Master-matrix for copying optical surfaces | |
Xu et al. | Compound machining of tungsten alloy aspheric mould by oblique-axis grinding and magnetorheological polishing | |
CN110877255A (en) | Combined machining process for ultra-smooth machining of fused quartz optical surface | |
RU196896U1 (en) | MASTER MATRIX FOR COPYING OF OPTICAL SURFACES | |
CN105399046A (en) | Method for manufacturing inorganic micro-optical elements in batches | |
RU2731457C1 (en) | Master matrix for making copies of diffractive optical elements | |
TWI288043B (en) | Method for manufacturing non-spherical insert mold | |
Ruckman et al. | Recent advances in aspheric and conformal grinding at the center for optics manufacturing | |
GB2034686A (en) | Master replicating tool | |
EP3820685B1 (en) | Method for producing an optical system with an optical component from a brittle-hard material | |
Lukin et al. | Precision replication of all types of optical surfaces—scientific and technological basis for the radical transformation of modern optical production | |
CN208005361U (en) | A kind of positioning tool of Si meter Te roof prisms | |
Howden et al. | Refracting replica aspheric optics | |
Zimmerman | Computer-controlled optical surfacing for off-axis aspheric mirrors | |
CN113118879B (en) | Processing method of sintered silicon carbide for preventing fault holes from appearing on surface of mirror | |
RU2717568C1 (en) | Method of copying optical surfaces | |
Chao et al. | Precision grinding of tungsten carbide mold insert for molding of sub-millimeter glass aspheric lenses | |
Zhou et al. | Aspheric lens processing of chalcogenide glass via combined PGM-SPDT process | |
Zheng et al. | Applications of a novel general removal function model in the CCOS |