способ получения оптических линз

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЗ, включающий изготовление заготовок путем пластической деформации в условиях центрально-кольцевого изгиба полусферическим пуансоном плоскопараллельных пластин, отличающийся тем, что используют пластины монокристаллов кремния или германия, вырезанные перпендикулярно кристаллографическим осям 3-го или 4-го порядка, которые деформируют с постоянной скоростью не более 2 10^-2 мм/с в матрице, рабочая поверхность которой образована вращением кривой, состоящей из двух сопряженных дуг окружностей с радиусами R_з и r_м, величины которых определяются из соотношений





=R²_з(r_м+R_з)²-r²R²_з,

R₃=R+,

h h_max R,

где R радиус полусферического пуансона;

r радиус исходной заготовки;

толщина заготовки;

h_max глубина матрицы;

h заданная стрела прогиба заготовки или линзы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления линз оптических систем современных оптических и оптоэлектронных приборов для инфракрасной (ИК) области спектра и может быть использовано при получении линз из монокристаллического кремния и германия.

Известен способ получения оптических деталей прессовкой полусферическим пуансоном моно- и поликристаллических материалов на основе твердых растворов оксидов магния и алюминия [1]

Указанный способ не позволяет получать вогнуто-выпуклые линзы из кристаллов кремния или германия.

Наиболее близким к изобретению является способ получения оптических линз, включающий изготовление заготовок путем пластической деформации в условиях центрально-кольцевого изгиба полусферическим пуансоном плоскопараллельных пластин [2]

В данном способе используют пластины Z срезов одноосных кристаллов, в частности лейкосапфира и фторида магния.

Недостатком данного способа является невозможность получения оптических линз из монокристаллов кремния и германия.

Цель изобретения получение вогнуто-выпуклых линз с высоким коэффициентом преломления (n>3), прозрачных в ИК-области спектра.

Цель достигается тем, что используют пластины монокристаллов кремния или германия, вырезанные перпендикулярно кристаллографическим осям 3-го или 4-го порядка, которые деформируют с постоянной скоростью не более 2^.10^-2 мм/с, в матрице, рабочая поверхность которой образована вращением кривой, состоящей из двух сопряженных дуг окружностей с радиусами R_з и r_м величины которых определяются из соотношений

(r_м+R_з)(r_м+R_з-h_max)-r=R²_з(r_м+R_з)²-r²R²_з

Rз=R-

hh_maхR, где R радиус полусферического пуансона;

r радиус исходной заготовки;

толщина заготовки;

h_mах глубина матрицы;

h заданная стрела прогиба заготовки или линзы.

Существенным отличием предлагаемого способа, является использование в качестве исходной заготовки пластин монокристаллического кремния или германия, которые вырезают перпендикулярно кристаллографическим осям 3-го или 4-го порядка, чем достигается возможность получения осесимметричной заготовки линзы вплоть до полусферической. Высокотемпературную пластическую деформацию проводят с постоянной скоростью не более 2^.10^-2 мм/с, что обеспечивает напряжение в критическом сечении более предела текучести, но менее предела прочности и гарантирует целостность заготовки линзы на стадии формоизменения. Пластины деформируют в матрице, рабочая поверхность которой образована вращением кривой, состоящей из двух сопряженных дуг окружностей с радиусами R_з и r_м, величины которых определяются из соотношений (1).

Именно эта форма рабочей поверхности обеспечивает необходимый уровень напряжений в критическом сечении при неоднородной пластической деформации и исключает образование сбросов в материале, что резко снижает оптическую однородность линзы.

Причем в матрице с глубиной h_mах, величина которой может достигать значений радиуса пуансона R, возможно получение заготовок, а соответственно и линз со стрелой прогиба меньше или равной радиусу полусферического пуансона.

П р и м е р 1. Диск из монокристалла кремния, диаметром 44,4 мм и толщиной 4,4 мм, вырезанный перпендикулярно оси 3-го порядка, загружают в матрицу R_з= 19,6 мм, r_м=10,0 мм, значения которых вычислены из уравнений (1), при h_mах= 10,0 мм, которую помещают в установку, вакуумируют, нагревают и после выдержки при постоянной температуре деформируют полусферическим пуансоном со скоростью 10^-2 мм/с. После достижения заданной стрелы прогиба (h= 9,2 мм), снимают нагрузку и инерционно охлаждают. Стрела прогиба может достигать значений h_mах, равных радиусу кривизны пуансона.

Результаты следующих экспериментов получения заготовок оптических линз сведены в таблицу.

Таким образом, сопоставительный анализ примеров показывает, что поставленная задача достигается только при использовании совокупности признаков предлагаемого способа.