SU1446579A1 - Способ изготовлени стекл нных микролинзовых растров - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано, в частности, дл  изготовлени  передающих объемное интегральное или составное изображение микролинзовых растров, примен емых в копировально-множительных аппаратах , дл  телевидени , кинотехники , голографии и т.д. При этом могут быть изготовлены как положительные, так и отрицательные микролинзы с большой кривизной из поверхностей и с высоким качеством этих поверхностей . Способ включает следующие этапы. Полированную пластину, изготовленную из фоточувствительного кристаллизующегос  стекла, экспонируют через фотомаску с непрозрачными дисками,расположенными соответственно распсхпожению м кролинз в растре, и затем кристаллизуют экспонированные меж- линзовые области путем тепловой об- работки. После кристаллизации поверхности пластины вторично попируют и подвергают пластину 1 ионообменной обработке при температуре выше температуры стекловани  в расплавах солей 5, содержащих ионы большего или меньшего радиуса, чем изначально присутствующие в стекле. Проведение ионообменной обработки приводит к тому, что благодар  увеличению или уменьшению мольного объема исходного стекла его незакристаллизовавшиес  области 6 ввдавливаютс  над поверхностью или прогибаютс  внутрь объема, образу  сферические сегменты 7. Дл  дополнительного увеличени  кривизны поверхностей положительных ю кро инз перед ионообменной обработкой провод т травление закристаллизованных межлинзовых областей 3 на глубину 10-100 мкм. В цел х придани  микролинзам формы мениска одну полированную поверхность пластины подвергают ионообменной обработке в расплавах солей, содержащих ионы большего радиуса , чем изначально присутствующие в стекле, а другую полированную поверхность - в расплавах солей, содержащих ионы меньшего радиуса, чем последние . 2 з.п. ф-лы, 7 ип., 1 табл. / /а (Л С ел 1

Description

Изобретение относитс  к оптичес- кому приб-оростроению и может быть использовано , в частности, дл  изготовлени  передающих объемкое интегральное или составное Iзoбpaжeниe оптических растров, примен емых, наприме

в кoпиpoвaльнo- ffloжитeльнык аппара- так, дл  телевидени , кинотехникиj голографии и т.д.

Цель изобретени  - расширение фунциональных возможностей изготавливаемых растров путем форкировани  ка Яоложительных, так и отрицательньк ffiiKpoJiHHS при увеличешш кривизны их паверхностей и повышении качества этих  оверхностей, а также дополн - тельное увеличение щшвиэны поверх- - ностей положительных микролинз и придание микролинэам формы мениска.

На фиг.1 показано экспонирование полированной пластины из фоточувстви тельного кристаллизующегос  стекла

: через фотомаску с непрозрачными дис- на фиг.2 - фотомаска с кепро-

, зрачными диска Ш| на фиг.3 - кристал лизади . экспонированных межиинзовыз: областей путем тепловой обработки; на фиг,4 - йторична  полировка; на фиг,5 - травление закристаллизован- нкк облаетейJ на фиг.6 - ионообменна  обработка5 на фиг.7 - режим тед- йовой обработки, используемый дл  форгв1ровани  кристашпйческой фазЫ щ оэкс11ОНйро;Ванных областей.

Способ осзпцествл ют следующим образом ,

из фоточувствительного кристал.пи- зующегбе  -стекла изготавливают пластины t, ее пшифздат и полнруют до толщины 4-8 мму опредап емой заданным рабочим рассто нием растра,Пластину совмещают с фотомаской 2. с не- прозранаыми диeкa йs расположенны tfla соответственно расположению микро линз в растре (фиг,| и 2).

Блок жестко закрепл ют и осуще- ствл ит экспоэицию стекла через фотомаску коротковолновьй излучением 5 например , лазера (% 337 нм). Врем  экспозиции 2-30 мин.

Активирующее излучение особенно сильно поглощаетс  в поверхностном слое, поэтому в этом случае, когда экспонируемый участок имеет большую толщину, наблюдаетс  заметное ослабление интенсивности коротковолнового излз чени  по толщине образца. Следствием этого  вл етс  неравномерна 

S

10

S 0

5

5

0

степень кристаллизации по толщине и, следовательно, разные параметры микролинз , получаемых на обеих поверхност х образца.

Дл  устране1ш  эффекта ослаблени  интенсивности падающего излучени  можно использовать зеркало с внешним покрытием.из алюми,ни . Зеркало размещаетс  позади экспонируемой пластины и служит дл  дополнительного экспонировани  отраженным излучением.

Суммарна  интенсивность ультрафиолетового излучени  становитс  более равномерной по толщине образца, а получаемые с сторон микролинзы имеют одинаковые параметры.

После этого осуществл ют кристаллизацию экспонированньк межлинзовых областей 3, дл  чего пластину 1 помещают в печь и провод т тепловую обработку (фиг.З и -7). Далее пластину t ошазвдают и осуществл ют вторичную полировку ее поверхностей (фиг.4). Толщина пластины становитс  равной 2-6 мм.

Если пocтaJзлeннoй целью  вл етс  получение положительньк ье кролинз с большей кривизной, то технологический процесс включает дополнительную стадию, представленную на фиг.5 и заключающуюс  в том, что после вторичной полировки пластину 1 опускают в разбавленную плавиковую кислоту 4. В течение 5-1© мин идет процесс травлени  закристаллизованных областей Зг продолжительность процесса травлени  зависит от необходимой глубины травлени  (10-100 мкм) и определ етс  из эксперимента. По истечении необходимого времени пластину 1 вынимают из кислоты 4, промывают водой и сушат. После этого провод т ионообменную обработку при температуре вьше температуры стекловани  Та в расплавах 5 солей, содержащих ионы большего или меньшего радиуса , чем изначально присутствующие в стекле.

Применение ионообменной диффузионной обработки приводит к тому, что незакристагшизованные области б стекла вьщавливаютс  над поверхностью или прогибаютс  внутрь объема, образу  сферические сегменты 7.

Сферические сегменты 7 на поверхности стекла образуютс  в результате проведени  ионного обмена в расплаве 5 соли за счет увеличени  или

уменьшени  мольного объема исходного стекла.

В процессе ионного обмена создаетс  возможность измен ть высоту сферических сегментов 7, т.е. высоту прогиба и кривизну микролинз данного фоточувствительного стекла в широких пределах, за счет изменени  целой группы параметров: вариации состава расплава соли по виду катиона, вариации степени замещени  катионов на поверхности, вариации глубины диф фуз.1Ш (продолжительности ионообменной обработки). Кроме того, высота сегментов 7 или кривизна микролинз зависит от толщины пластины 1 и радиуса дисков фотомайки 2.

В качестве матрицы дл  фоточувствительного стекла используетс  лити- евоалюмосиликатна  система. Роль фоточувствктельных д(5базок металлов, способных к коллоидообразованию, принадлежит металлам: золоту, серебру , меди. Восстановител ми  вл ютс  добавки окислов цери , сурьмы,олова.

Составы фоточувствительных стекол которые целесообразно использовать дл  изготовлени  микролинзовых растли определ ют исход  из необходимой величины степени замещени  обменивающихс  ионов на поверхности стек- ла, v.e. в конечном счете из требуемой величины кривизны микролинз.

При установлении режима ионообменной обработки (температуры и продолжительности ) исход т из следующего . Продолжительность ионообменной обработки должна быть такой,чтобы дл  данного расплава 5 соли обеспечить глубину диффузии, сравнимую с требуемой величиной высоты сегмента 7 (высоты прогиба). Эту величину , т.е. продолжительность обработки , можно рассчитать, реша  одно- керную задачу диффузии с торца цилиндра . Следует учитывать, что продол;кительность ионообменной обработки и состав расплава сопи близки по получаемому результату. Одну и ту же или близкие величины радиусов кривизны линз можно получить, если использовать расплав сали, содержащий высокую концентрацию обменивакицихс  катионов, и проводить ионный обмен в течение короткого промежутка времени или наоборот проводить ионный

ров по предлагаемому способу, приве- зо обмен длительное врем , использу 

даны в таблице.

Исход  из задачи получени  положительных или отрицательных микро- линз, дл  выбранного состава фоточувствительного стекла, толщины пластины 1 и заданного соответствующей фотомаской 2 размера микролинз и их кривизны (фокусного рассто ни ) устанавливают состав расплава 5 солей дл  проведени  ионного обмена, врем  и температурный интервал ионообменной диффузионной обработки.

Используютс  следующие расплавы солей. Дл  создани  положительных мик35

40

менее концентрированный расппав или расплав соли с катионами меньшего р диуса .

Температура ионообменной обработки определ етс  во многом в зкостью фоточувствительного стекла и может измен тьс  в более широких пределах чем при обычном ионном обмене, т.е. каркас закристаллизованной части стекла  вл етс  армирующим по отношению ко всему стеклу. Дл  обеспечени  сферичности криволинейных поверх ностей необходимо выбирать высокую .температуру ионообменной обработки.

ролинз - нитраты или сульфаты натри , g При этом в зкость стекла может быть

кали , рубиди , цези  и их смеси. При этом выдавливание (вспучивание) незакристаллизованньк участков 6 поверхности стекла происходит вследствие увеличени  мольного объема при обмене ионов Li из стекла на ионы (К, Rb, Cs. ) из расплава. Отрицательные микролинзы получаютс  в случае использовани  расплавов солей

50

меньше 10 - 10 И и действуют силы поверхностного нат жени . Ограничени ем верхнего предела температурного интервала ионного обмена  вл етс  стойкость полированной поверхности стекла к расплаву. Однако верхний пр дел интервала рабочих температур мо жет бьггь повышен при использовании барботировани  углекислым газом.В эт

нитратов или сульфатов лити  или нат- слг- чае поверхность стекла остаетс 

ри  и их смесей, при этом осуществ- полированной.

Продолжительность и температура ионообменной обработки во многом завис т от состава фоточувствительл етс  обмен: ионы Na (К) из стекла на ионы Li(Na) из расплава. Количественный состав расплава 5 со5

0

менее концентрированный расппав или расплав соли с катионами меньшего радиуса .

Температура ионообменной обработки определ етс  во многом в зкостью фоточувствительного стекла и может измен тьс  в более широких пределах, чем при обычном ионном обмене, т.е. каркас закристаллизованной части стекла  вл етс  армирующим по отношению ко всему стеклу. Дл  обеспечени  сферичности криволинейных поверхностей необходимо выбирать высокую .температуру ионообменной обработки.

g При этом в зкость стекла может быть

50

меньше 10 - 10 И и действуют силы поверхностного нат жени . Ограничением верхнего предела температурного интервала ионного обмена  вл етс  стойкость полированной поверхности стекла к расплаву. Однако верхний предел интервала рабочих температур может бьггь повышен при использовании барботировани  углекислым газом.В этом

ного стекла и размера заготовки (пластины) и определ ютс  эксперимен т1ально.

После установлени  режима ионообменной обработки .заготовку (пластину ) 1 помещают в держатель, нагре™ вают до темйературы ионообменной обработки и помещают в расплав 5 необходимой соли. По истечении времени, необходимого и достаточного дл  полу чени  заданной кривизны микролинз, расположенных на поверхности пластины , пластину 1 извлекают из расплава 5 и остужают до комнатной температуры .

Дл  придани  микролинзам формы мениска процесс ионообменной диффузионной обработки проводитс  следуюпщм образом. На первой стадии провод т ионньй обмен с одной стороны пластины в расплаве, содержащем ионы меньшего радиуса, чем изначально присут- ств пощие в стекле, например в расплаве нитрата лити , защища  при этом вторую сторону (поверхность) пластины , затем пластину вынимают из расплава , остужают и  рогй шают водой. Далее провод т ионообменную обработку со стороны второй поверхности в расплаве, содержащем ионы большего радиуса, чем изначально присутствующие в стекле, например в расплаве нитрата кали , защища  при этом первую поверхность, после чего пластину 1 вьшимают из расплава 5, остужают и промьюают водой.

Пример. С целью получени  поло Мтельных микролинз на поверхности стекла из стекла состава 3 (см.таблицу) изготавливают отполированную с двух сторон пластину 1 размером 30x30x4 мм . Фотомаской 2 служит стекл нна   одложка из силикатного стекпа, на которую нанос т рисунок в виде дисков из хрома,расположенных гексагонально. Диаметр диска 500 мкм. В качестве источника коротковолнового излучени  используют лазер ЛГИ-21 СЛ 337 нм). Диаметр пучка лазера увеличен приблизи- тельно в 10 раз за счет применени  коллиматора, построенного на основе кварцевых линз с фокусными рассто ни ми F, 60 мм F2. 613 нм.

Ппастину совмещают с фотомаской и закрепл ют в держателе дл  проведени  засветки излучением лазера.Врем  экспозиции пластины 1, осуществл емой через фотомаску 2, составл ет 30 мин. После этого пластину 1 снимают с экспозиции и помещают в муфельную печьо Тепловую обработку про- вод т по режиму, представленному на фиг.7. После зтого печь выключают и пластину подвергают инерционному охлаждению в течение 8 ч. После охлаждени  пластину. 1 полируют вторично .

Дл  проведени  ионообменной обработки вьйирают расплав соли нитрата кали . Ионный обмен провод т при

600 С, что соответствует в зкости фоточувствитепьного стекла ТО П.Пластину 1 закрепл ют в обойме из нержавеющей стали. Затем обойму с пластиной прогревают до и опускают

в расплав 5 на основе нитрата кали . Врем  ионообменной диффузионной обработки составл ет 2 ч. По истечении указанного врекЕни обойму с пластиной изымают из расплава и охлаждают на

Claims (1)

1. Способ изготовлени  стекл нных микролинзовых растров, включающий экспонирование полированной пластины из фоточувствительного кристаллизующегос  стекла через фотомаску , с непрозрачными дисками, расположенными соответственно распопожению микролинз в растре, и последующую кристаллизацию экспонированных межлинзовых областей путем тепловой

обработки, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей изготавливаемых растров путем формировани  как положительных, так и отрицательньк

гдакролинз при увеличении кривизны их поверхностей и повьшении качества этих поверхностей, после кристаллизации поверхности пластины вторично полируют и подвергают пластину ионо

1446579«

обменной обработке при те тературе3, Способ поп.1,отличаювьше температуры стекловани  Т. вщ и и с   тем, что с целью придана

шегГ «°« б-ь- .микролинзам , S п шего или меньшего радиуса, чем из-лированную поверхность гшастаны

начально nDHrVTPTRvmmMa о х.«.-,J ..

начально присутствующие в стекле.

подвергают ионообменной обработке в

2 Способ ПОП.1. отличаю-расплавах солей, содержащих ионы больщ и и с   тем, что, с целью дополни-„его радиуса, изнача о Zcy

тельного увеличени  кривизны поверх-ствующие в стекле, а другую попи- ностеи положительнь« микролин з ,пе- .,о рованную поверхность -в расплавах

ред ионообменной обработкой провод тсолей, содержащих ионы ме р итравление закристаллизованныхмежлин-уса, чем последние. егоради зовых областей на глубину 10-100 мкм.

UUUUI

.

/ «

ftue. f

..

подвергают ионообменной обработке в

расплавах солей, содержащих ионы бол

Фие,2

Фиё.З

Фие.

5Q

-

т

t,MUH