CN110824692A - 反射镜和反射镜基底及用于其生产的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明总体上涉及一种反射镜和反射镜基底，特别是具有高纵横比的反射镜和反射镜基底，以及生产它们的方法和装置。

Description

反射镜和反射镜基底及用于其生产的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及一种反射镜和反射镜基底、特别是具有高纵横比的反射镜和反射镜基底、以及生产它们的方法和装置。
背景技术
例如在所谓的反射式望远镜(也称为反射器)中，或者在其他精密光学器件中使用反射镜基底，并且它们在其中用作用于施加高反射镜层的基底。
对于一贯地高质量的反射镜，特别是具有长期稳定性的反射镜，反射镜基底的性能起着重要作用：
-反射镜基底的重量
如果反射镜基底的重量过高，例如因为它是直径特别大的反射镜，则在反射镜基底的固有重量下可能发生变形，这将降低光学图像的质量。然而，由于改善的可操作性，即使对于较小的反射镜基底，低重量也通常是有益的。
-反射镜基底的表面质量
需要高表面质量的反射镜基底以便能够沉积高质量的反射层。特别重要的是反射镜基底的镜面的粗糙度，在该镜面上沉积有高反射层。
-其他性能
此外，反射镜基底应该基本上由高耐受性材料、特别是高耐热性的材料制成，并且该材料具有低的热膨胀系数。合适的材料特别包括玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷。通常，材料的热膨胀通过静态法来测定，在静态法中试样的长度在特定温度区间的开始和结束时测定，并且由长度的差异计算出膨胀系数α或CTE(热膨胀系数)。然后将CTE报告为该温度区间的平均值-例如，对于0℃至50℃的温度区间，将其称为CTE(0；50)或α(0；50)。用于在大约室温的温度范围内具有零膨胀的精密部件的已知材料是陶瓷、Ti掺杂的熔融二氧化硅SiO2和玻璃陶瓷。玻璃陶瓷尤其是锂铝硅酸盐玻璃陶瓷(LAS玻璃陶瓷)，它们在例如US4,851,372、US5,591,682、EP587979、US7,226,881、US7,645,714和DE102004008824A1中进行了描述。
另外，例如，已知的是：以商标
Figure BDA0002160134760000021
或
Figure BDA0002160134760000022
出售的锂铝硅酸盐玻璃陶瓷；或者基于堇青石的材料；或者具有非常低的热膨胀系数的玻璃，如掺杂有TiO2的合成熔融二氧化硅，例如以商标
Figure BDA0002160134760000023
出售的玻璃；或者包含堇青石或SiC的陶瓷或者由堇青石或SiC组成的陶瓷。
通常，反射镜基底(例如由玻璃陶瓷制成的反射镜基底)通过首先提供熔体然后浇铸该材料来制造，所以首先要提供玻璃状材料。为了避免材料中的裂纹并且由玻璃状原材料生产玻璃陶瓷，需要复杂的温度控制，特别是缓慢且受控的冷却。同样，在合成熔融二氧化硅的制造中，首先通过沉积SiO2来生产所谓的铸锭或更大的板材。如果需要，可以通过降低工艺来增加板材的直径。
随后，进行机械再加工以获得具有所需尺寸和所需质量的工件。机械再加工尤其可以包括钻孔、磨削和抛光。
已知使用分别布置在工件或者反射镜基底下的支撑件来进行这些再加工步骤。通过使用这些支撑件可以防止损坏反射镜基底。
特别地，已知具有高纵横比的工件(例如具有高纵横比的反射镜基底)在机械再加工期间，还有在其他再加工步骤(如涂覆)期间，或者在被运输时应该优选地在该工件的整个表面上被支撑。该工件的这种全表面支撑特别旨在使工件(即，例如反射镜基底)在尺寸上保持稳定，使得它例如在重力的影响下不会变形。
例如，德国专利申请DE 10 2015 112 036 A1公开了一种基于矿物的铸造支撑件，用于一个工件对具有高纵横比的工件进行全表面支撑。
然而，已经发现，如果需要大量的抛光工艺来获得特定质量的表面，则利用这种基于矿物的铸造支撑件会出现问题。在这种情况下，会产生大量的热量。然而，这对于由低膨胀材料制成的被支撑的工件与基于矿物的铸造支撑件之间的不同热膨胀是不利的，因此更不可能在反射镜基底的几何尺寸及其表面质量方面实现所需的精度。
欧洲专利申请EP 1 391 433 A2公开了一种由热液石英玻璃陶瓷制成的支撑件，其可用于对例如玻璃或玻璃陶瓷进行成形。然而，与用于反射镜基底的通常的低膨胀材料相比，热液石英玻璃陶瓷还是具有较高的热膨胀系数。因此，也不可能以这种方式生产出在几何尺寸和表面质量方面具有所需精度的反射镜基底。
这些问题尤其在开发同时具有特别小的厚度和大的直径的新型反射镜基底时出现。目前，这种反射镜基底还不能投入生产，或者它们在形状稳定性和表面质量方面不具有足够的质量，或者它们甚至可能在加工期间破裂。
因此，需要具有高纵横比和小的绝对厚度、同时具有高表面质量和高尺寸精度以及高稳定性的反射镜基底和反射镜。此外，还需要可用于制造高纵横比的反射镜基底和反射镜的支撑件，并且需要用于生产这种反射镜基底和反射镜的方法。
发明内容
本发明的目的是提供克服或至少减轻现有技术的已知缺陷的反射镜基底，并且特别是基于这种反射镜基底提供反射镜。还需要用于生产这种反射镜基底和基于这种反射镜基底的反射镜的方法和装置。
通过独立权利要求的主题实现了本发明的目的。通过从属权利要求限定了优选的实施例和特定的实施例。
根据本发明的反射镜基底包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料。根据特别有利的实施例，反射镜基底的平均线性热膨胀系数甚至可以小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K。
该反射镜基底具有以下特征中的至少一个：
-反射镜基底的横向尺寸与其最大厚度的比为至少100、优选为至少150、更优选为至少200、并且最优选为300或更大；
-反射镜基底的每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、更优选为30kg/m2、并且最优选为15kg/m2或更小。
反射镜基底具有镜面，镜面的粗糙度Ra为至多3.5μm、理想地小于1.2μm，并且反射镜基底的镜面优选地具有研磨精加工表面。Ra是由评估长度内关于中心线的偏差确定的过滤的粗糙度分布的算术平均值。均方根RMS定义为均方(一组数的平方的算术平均值)的平方根。诸如Ra和RMS的分布粗糙度参数包括在ISO 4287：1997中。
根据本发明的一个实施例，反射镜基底的最大厚度为50mm或更小、20mm或更小、优选为15mm或更小、更优选为10mm或更小、并且最优选为2mm或更小。
优选地，反射镜基底的横向尺寸为至少200mm和/或至多4500mm。然而，本发明同样适用于具有更小或更大横向尺寸的反射镜基底。
根据本发明的另一个实施例，可以在支撑件上抛光反射镜基底，使得反射镜基底将具有抛光的镜面，该抛光的镜面的均方根(RMS)粗糙度小于2nm、优选小于1nm。
以下定义和术语适用于本申请的上下文。
具有低热膨胀系数的反射镜基底材料是指表现平均线性热膨胀系数小于或等于3*10-6/K的材料。
反射镜基底的横向尺寸与其最大厚度的比也称为纵横比。因此，纵横比是无量纲参数。通常，反射镜基底具有圆形或近似圆形的形状，因此横向尺寸通常是反射镜基底的直径。如果反射镜基底具有不同的横向尺寸，例如，如果反射镜基底具有与其长度不同的宽度，则计算出平均值并将其用于纵横比的计算。
反射镜基底的厚度可以在整个反射镜基底的范围内变化。例如，反射镜基底在外边缘处的厚度可以小于其中心处的厚度。为了确定纵横比，则使用最大厚度。
高纵横比通常意味着每单位面积的重量较轻。在本发明的一个实施例中，该每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、并且最优选为30kg/m2或更小。
在本申请中，除非另有明确说明，否则平均热膨胀系数α在0至50℃的范围内指定，然而，本发明还涉及具有低热膨胀的材料，其膨胀系数在不同的温度范围内测量而得。该值是符合ISO 7991的标称平均线性热膨胀系数，其通过静态测量而确定。在本发明的上下文中，除非另有明确说明，术语膨胀系数、热膨胀系数、平均线性热膨胀系数和α可以互换使用。
在本发明中，反射镜基底被理解为是指其上施加有高反射层(或镜面层)的基底。术语反射镜基底还包括待加工成或正被加工成反射镜基底的工件，即，例如反射镜基底的半成品，尽管它们已经被切割成成品反射镜基底的尺寸，但仍然必须对它们进行进一步的再加工步骤。
在本发明的上下文中，反射镜是指反射镜基底与其功能表面上的高反射层的组合。其上施加有反射层的反射镜基底的表面在本公开中被称为反射镜基底的功能表面。在本发明的上下文中，高反射层也称为镜面层。
支撑件被理解为是指在存储期间、在运输期间和/或在承载在其上的工件(例如反射镜基底)的再加工期间用于支撑目的的器件。
在本发明的上下文中，如果制品被描述为包括特定材料，则这尤其还包括制品主要由该材料制成，也就是说50wt％以上由这种材料制成的情况，或者包括它甚至基本上由这种材料制成，也就是说90wt％以上由这种材料制成的情况。此外，这还可以包括制品由这种材料组成，即完全由这种材料制成的情况。
在本发明的上下文中，反射镜基底的镜面指的是在其上将施加或已经施加镜面层的反射镜基底的表面。因此，这是反射镜基底的质量面，即在表面质量方面对其加以特殊要求的表面。
因此，反射镜基底包括具有低平均线性热膨胀系数的材料。特别地，反射镜基底可以主要由这种材料或这类材料的混合物组成，也就是说50wt％以上由这种材料或这类材料的混合物组成；或者甚至基本上由这种材料或这类材料的混合物组成，也就是说90wt％以上由这种材料或这类材料的混合物组成；或者甚至完全由这种材料或这类材料的混合物组成。具有这种低热膨胀系数的材料特别包括玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷；例如锂铝硅酸盐玻璃陶瓷，如以商标
Figure BDA0002160134760000052
或出售的锂铝硅酸盐玻璃陶瓷；例如或者基于堇青石的材料；或者具有非常低的热膨胀系数的玻璃，如掺杂有TiO2的合成熔融二氧化硅，例如以商标
Figure BDA0002160134760000054
出售的玻璃；或者包含堇青石或SiC的陶瓷或由堇青石或SiC制成的陶瓷。
到目前为止，还不可能提供根据本发明的反射镜基底，即该反射镜基底包括具有低热膨胀系数和以下特征的材料：
-纵横比为至少100、优选为至少150、更优选为至少200、并且最优选为300或更大；
和/或
-反射镜基底的每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、并且更优选为30kg/m2或更小；
其中反射镜基底具有粗糙度Ra为至多3.5μm、更好地小于1.2μm的镜面。
特别地，迄今为止，还不可能实现：反射镜基底的最大厚度为20mm或更小、优选为15mm或更小、更优选为10mm或更小、并且最优选为2mm或更小。
对于横向尺寸为至少200mm的反射镜基底尤其如此。对于横向尺寸为1000mm或更大的反射镜基底，不能实现50mm或更小、尤其40mm或更小或者更优选30mm的最大厚度。
即，由于大的纵横比和小的绝对厚度，不可能将反射镜基底的表面加工从而实现不大于3.5μm或者甚至不大于1.2μm的低粗糙度Ra。特别地，在磨削工艺中获得这种粗糙度是不可能的。而是，在这种反射镜基底的加工中，在实现这种低粗糙度之前，反射镜基底在再加工期间已破裂。
根据一个实施例，所示镜面的粗糙度Ra不大于3.5μm、优选不大于1.2μm，并且反射镜基底的功能表面优选地具有磨削表面光洁度。
到目前为止，这也是不可行的。
特别地，在制造这种反射镜基底时的困难包括：用于实现这里所考虑的低粗糙度的再加工工艺(例如磨削、研磨或抛光)释放出大量的热能。因此，换句话说，反射镜基底和再加工工艺中使用的支撑件都会升温。这种加热很大程度上使得在这里所需的工艺中，在支撑件与承载在其上的反射镜基底之间可能产生热机械应力，并且如果支撑件具有高热膨胀系数，尤其将会发生这种情况。
根据本发明的另一个实施例，反射镜基底包括：玻璃陶瓷，优选为锂铝硅酸盐玻璃陶瓷，所述锂铝硅酸盐玻璃陶瓷优选为高石英固溶体玻璃陶瓷的形式；或Ti掺杂的合成二氧化硅玻璃；和/或陶瓷，优选为包含堇青石和/或SiC的陶瓷。
特别地，反射镜基底可以主要由这种材料组成，也就是说50wt％以上由这种材料组成；或者基本上由这种材料组成，也就是说90wt％以上由这种材料组成；或者甚至完全由这种材料组成。
这类材料通常不仅表现低热膨胀系数，而且通常还表现良好的可再加工性，例如良好的可打磨性和可抛光性。
根据另一方面，本发明还涉及一种反射镜，特别是包括根据本发明的实施例的反射镜基底的反射镜。所述反射镜包括反射镜基底的镜面上的高反射层。
本发明的另一方面涉及一种支撑件，其用于优选地在其整个表面上支撑反射镜基底，特别是根据本发明的实施例的反射镜基底，所述反射镜基底在其加工和/或运输期间承载在所述支撑件上。支撑件包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料。根据特定的实施例，支撑件的膨胀系数甚至可以小于或等于0.02*10-6/K、或者甚至小于或等于0.01*10-6/K。
特别地，支撑件可以主要由这种材料或这类材料的混合物组成，也就是说50wt％以上由这种材料或这类材料的混合物组成；或者甚至基本上由这种材料或这类材料的混合物组成，也就是说90wt％以上由这种材料或这类材料的混合物组成；或者甚至完全由这种材料或这类材料的混合物组成。优选地，支撑件的横向尺寸通常为至少200mm且至多为4500mm。
因此，支撑件适合用于加工和/或运输具有大的横向尺寸的反射镜基底。同时，平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K(并且根据特定的实施例，甚至小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K)的支撑件的材料确保了即使在再加工(例如磨削、研磨或抛光)期间产生大量热量的情况下，支撑件仍将仅表现低的热膨胀。
这里，支撑件的表面指的是在再加工期间和/或在被运输时至少部分地承载有反射镜基底的支撑件的表面。
根据支撑件的另一个实施例，支撑件的表面具有弯曲的形状。优选地，支撑件的表面与包络面近似。
在此，包络面可以被理解为支撑件的表面的预定形状或者几何形状。因此，支撑件的质量的特征还在于支撑件的实际表面与理想的描述性包络面之间的任何现有偏差。在包络面与实际表面之间仍然可容许的最终偏差根据工件或反射镜基底的直径而有所不同。
特别优选地，支撑件与包络面之间的偏差：
对于横向尺寸为至少4000mm的反射镜基底，该偏差不大于0.5mm，优选不大于0.1mm、更优选不大于0.05mm、根据一些实施例甚至不大于0.025mm；
和/或
对于横向尺寸为至少2000mm的反射镜基底，该偏差不大于0.2mm、优选不大于0.05mm、并且更优选不大于0.025mm；
和/或
对于横向尺寸为至少1200mm的反射镜基底，该偏差不大于0.1mm、优选不大于0.05mm、并且更优选不大于0.01mm。
根据支撑件的另一个实施例，支撑件的表面至少部分地被中间材料覆盖。中间材料可以是膜，根据一个实施例为聚合物膜。中间材料还可以包括沥青、柏油和/或聚硅氧烷。优选地，中间材料(例如膜)的厚度至少与表面的实际形状与包络面之间的偏差一样大。特别优选地，中间材料(例如膜)的最大厚度为至多200μm、优选为至多100μm、更优选为至多50μm、或甚至最优选为仅至多25μm。这里，有利的是，支撑件的形状与反射镜基底的包络面非常好地相适应。
聚合物膜可表现非线性弹性性能，这可能最终导致磨削后反射镜基底的反射表面的形状产生偏差。任选地，这种情况可以通过使用可选的或另外的中间材料来改进。这类中间材料可包括金属箔或者糊状或凝胶状材料，以及固化膜。
中间材料尤其可以用于缓解支撑件的表面形状与可以通过包络面来描述的理想的预定表面形状之间的任何偏差。
然而，可选地或另外地，中间材料也可以实现其他功能。例如，中间材料还可以用于降低支撑件与承载的反射镜基底之间的粘附力，使得一旦完成反射镜基底的加工或运输，反射镜基底可以容易地、特别是没有损伤地从支撑件上被抬起。
如果中间材料以聚合物膜的形式提供，则聚合物可包括由以下各项组成的组中的一种或多种：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、一种或多种聚酯、聚醚酮(PEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)(如
Figure BDA0002160134760000081
)、一种或多种四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯乙烯(PVC)。
优选地，中间材料包括被设计成表现150℃或更高的耐热性的材料。
根据本发明的另一个实施例，优选对于这些材料级别具有尽可能最低的热膨胀系数的中间材料。
如果中间材料以聚合物膜的形式，则优选表现150℃或更高的耐热性的聚合物。此外，在这种情况下，优选那些对聚合物具有尽可能最低的热膨胀系数的聚合物。
根据支撑件的另一个实施例，中间材料包括聚氯乙烯(PVC)、PTFE、ETFE、PEK和/或PET。例如，中间材料可以是包含PVC、PTFE、ETFE、PEK和/或PET的聚合物膜的形式。如果在再加工步骤期间出现较低的热负荷，则还可以使用热稳定性较低的聚合物膜，例如由聚乙烯或聚丙烯制成的膜。此外，优选热塑性聚合物膜，其在高温下往往屈服到一定程度，这种情况可能出现在反射镜基底的机械再加工期间。通过这种方式甚至可以更好地补偿支撑件的表面与包络面之间的任何偏差。
所述膜可以作为整体完整地或者以间隔开的部分的形式(例如以单独的小片的形式)被施加到基底的表面上。
根据一个实施例，所述膜包括至少延伸到边缘的“通道”，使得当反射镜基底被放置在支撑件上时，空气可以消散到外部并且反射镜基底将承载在表面上。如果作为整体施加所述膜，则随后可以将这种通道(例如切口)引入到膜中。
根据支撑件的另一个实施例，支撑件的表面部分地被中间材料(例如膜)覆盖，使得中间材料以间隔开的部分的形式被施加到表面上。中间材料的间隔开的部分可以以对称的图案进行布置。对此的一个选择是径向对称，例如中间材料的各部分(例如，膜的各部分)为四重径向对称图案。
根据一个实施例，这些部分具有圆形或椭圆形形状。
支撑件的这种实施例使得在反射镜基底的加工或运输期间例如由于反射镜基底的固有重量而产生的机械载荷被支撑件的整个表面特别均匀地吸收。这样可以使反射镜基底中的机械应力最小化。因此，增加了支撑件上的反射镜基底在加工期间的稳定性。
根据本发明的变型，支撑件可以被构造成使得可以干净地去除被支撑工件的再加工期间产生的任何残余物并且不会损坏工件本身。
出于这个原因，支撑件可以以这样的方式配置，使得可以排出在工件的加工期间产生的任何残余物。
为此目的，支撑件的表面可以例如是光滑的或者设有凹槽。
此外，支撑件的表面可以包括至少一个开口，例如排出口，通过该排出口可以排出在工件的再加工期间产生的残余物。如果设置一个或多个开口，甚至可以紧密地或连续地施加中间材料，使得在反射镜基底的外边缘处可以不存在通道，如图3所示，因为空气和残留物可以通过支撑件中的开口消散。
根据本发明的一个实施例，排出口由网状凹槽限定，所述网状凹槽由径向延伸且圆形的元件组成。
本发明的另一方面涉及一种由支撑件和反射镜基底组成的组件。
该支撑件用于优选地在其整个表面上支撑反射镜基底，所述反射镜基底在其加工和/或运输期间承载在所述支撑件上，并且所述支撑件包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K(根据特定的实施例，甚至小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K)的材料。
反射镜基底包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K(根据特定的实施例，甚至小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K)的材料。
优选地，反射镜基底的最大厚度为50mm或更小、尤其20mm或更小、优选为15mm或更小、更优选为10mm或更小、并且最优选为2mm或更小。反射镜基底的横向尺寸优选为至少200mm。
反射镜基底具有以下特征之一：
-反射镜基底的横向尺寸与其最大厚度的比为至少100、优选为至少150、更优选为至少200、并且最优选为300或更大；
-反射镜基底的每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、更优选为30kg/m2或更小、并且最优选为15kg/m2或更小。
根据组件的一个实施例，反射镜基底的镜面的粗糙度Ra为至多3.5μm，理想地小于1.2μm，并且反射镜基底的镜面优选地具有磨削表面光洁度。
根据另一个实施例，反射镜基底的表面的RMS粗糙度小于2nm、优选小于1nm，并且反射镜基底的表面优选地具有抛光表面光洁度。
根据组件的另一个实施例，制成支撑件的材料的热膨胀系数和制成反射镜基底的材料的热膨胀系数相差绝对值不大于1*10-6/K、优选绝对值不大于0.1*10-6/K、更优选绝对值不大于0.05*10-6/K、并且最优选绝对值不大于0.02*10-6/K。
优选地，支撑件的表面和承载在支撑件的表面上的反射镜基底的表面具有相对的互补弯曲部分。
换句话说，当承载在支撑件上的反射镜基底的表面具有凹的弯曲部分时，支撑件的表面优选地具有凸的弯曲部分，反之亦然。因此，支撑件的表面和反射镜基底的承载表面在重叠的区域中具有互补的形状。
根据所述组件的一个实施例，反射镜基底被横向固定在支撑件上，并且优选地，反射镜基底被额外地紧固以防止从支撑件脱离。
本发明的又一方面涉及用于生产反射镜基底、特别是根据前述实施例中任一项所述的反射镜基底的方法。该方法包括以下步骤：
-提供支撑件，所述支撑件用于优选地在其整个表面上支撑承载在其上的反射镜基底；
-提供反射镜基底，所述反射镜基底由热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料制成；
-将反射镜基底放置到支撑件上；
-对反射镜基底的表面，特别是其镜面进行机械再加工，特别是抛光、钻孔、磨削或研磨；
其中，制成支撑件的材料的热膨胀系数和制成反射镜基底的材料的热膨胀系数相差绝对值不大于1*10-6/K、优选绝对值不大于0.1*10-6/K、更优选绝对值不大于0.05*10-6/K、并且最优选绝对值不大于0.02*10-6/K。
根据所述方法的特定的实施例，制成反射镜基底的材料的热膨胀系数甚至可以小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K。
反射镜基底的功能表面与承载在支撑件上的表面相对设置。在优选的实施例中，为了安全加工和/或安全运输反射镜基底，将反射镜基底固定到支撑件上以至少防止相对于支撑件的横向位移。优选地，反射镜基底也被紧固或固定以防止从支撑件上抬起或脱离。所述固定尤其可以通过夹具、以粘接方式或通过支撑件与反射镜基底之间的负压来实现。
本发明的另一方面涉及根据本发明的实施例的反射镜基底在天文学应用或光刻工艺(例如LCD光刻和/或显微光刻)中的用途。
附图说明
现在将参考附图更详细地解释本发明，其中：
图1和图2示出了根据本发明的实施例的包括反射镜基底和支撑件的组件；
图3是根据本发明的实施例的支撑件的表面的视图；以及
图4示出了用于生产反射镜基底的工艺步骤。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的包括支撑件1和反射镜基底20的组件15的未按比例绘制的示意图。这里，反射镜基底20被设计成使得承载在支撑件1上的元件20的表面，即承载表面22，具有凸的弯曲部分。相反，支撑件1的表面4具有向下凹的弯曲部分，以确保工件或玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷元件的最佳可能的支撑。因此，承载表面22和表面4具有相对的互补形状，以实现薄的反射镜基底20的全表面支撑。
图2是由支撑件1和承载在其上的反射镜基底20组成的组件15的另一个实施例的未按比例绘制的示意图，其中反射镜基底20被设计成使得承载在支撑件1上的承载表面22具有凹的形状。相反，支撑件1的表面4具有向上凸的弯曲部分，以确保反射镜基底20的最佳可能的支撑。
通常，在图1和图2中示意性示出但并未按比例绘制的组件15中，支撑件1用于支撑反射镜基底20，所述反射镜基底20在其加工和/或运输期间优选地承载在所述支撑件1的整个表面上。支撑件1包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K、或者甚至小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K的材料。反射镜基底20包括平均线性热膨胀系数同样小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K、或者甚至小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K的材料。优选地，反射镜基底的最大厚度为50mm或更小、尤其20mm或更小、优选为15mm或更小、更优选为10mm或更小、并且最优选为2mm或更小。此外，优选地，反射镜基底20的横向尺寸为至少200mm，并且特别地可以高达4500mm。反射镜基底20具有以下特征之一：
-反射镜基底20的横向尺寸与其最大厚度的比为至少100、优选为至少150、更优选为至少200、并且最优选为300或更大；和/或
-反射镜基底20的每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、并且更优选为30kg/m2。每单位面积的重量为15kg/m2或更小是特别优选的。
根据本发明的一个实施例，反射镜基底的镜面的粗糙度Ra为至多3.5μm，理想地小于1.2μm，其中反射镜基底的表面优选地具有磨削表面光洁度。如果反射镜基底的镜面具有抛光表面光洁度，则RMS粗糙度优选小于2nm、最优选小于1nm。
根据组件15的又一个实施例，制成支撑件1的材料的热膨胀系数和制成反射镜基底20的材料的热膨胀系数相差绝对值不大于1*10-6/K、优选绝对值不大于0.1*10-6/K、更优选绝对值不大于0.05*10-6/K、并且最优选绝对值不大于0.02*10-6/K。
图3是示出了例如在根据图1或图2中任一图的组件中使用的根据本发明的实施例的支撑件1的未按比例绘制的示意图。
用于支撑反射镜基底20(未示出)的支撑件1(反射镜基底20在其加工和/或运输期间优选地在反射镜基底的整个表面上承载在支撑件1上)包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、最优选小于或等于0.05*10-6/K，并且在特定的实施例中甚至小于或等于0.02*10-6/K或者甚至小于或等于0.01*10-6/K的材料，其中，优选地，支撑件的横向尺寸为至少200mm和/或为至多4500mm。
根据一个实施例，支撑件1的表面4具有弯曲的形状，如附图中所示，
-其中，优选地，支撑件1的表面4与包络面近似；并且
-其中，最优选地，支撑件1与包络面之间的偏差：
-对于横向尺寸为至少4000mm的反射镜基底20，该偏差不大于0.5mm、优选不大于0.025mm；和/或
-优选地，对于横向尺寸为至少2000mm的反射镜基底20，该偏差不大于0.2mm、优选不大于0.025mm；和/或
-优选地，对于横向尺寸为至少1200mm的反射镜基底20，该偏差不大于0.1mm、优选不大于0.01mm。
根据支撑件1的又一个实施例，支撑件1的表面4至少部分地被中间材料13覆盖，例如被膜13覆盖，特别是被聚合物膜覆盖，其中，中间材料13(例如膜)的厚度优选地至少与表面4的实际形状与包络面之间的偏差一样大；其中，优选地，中间材料13的最大厚度为至多200μm、优选为至多100μm、更优选为至多50μm、或者最优选甚至不大于25μm。
除了上述支撑件的弯曲实施例之外，根据又一个实施例，支撑件可以是平坦的，例如用于生产平面反射镜。
根据支撑件的另一个实施例，中间材料13包含聚氯乙烯。
优选地，支撑件1的表面4仅部分地被中间材料13覆盖。例如，如这里所示的，可以将膜(在图3中，作为小片形式的中间材料13)施加到表面上，特别地，所述中间材料13可以以规则的图案被布置，例如对称或径向对称的图案。在一个实施例中，建议为三重对称性、四重对称性或多重对称性的膜片，并且膜片优选地具有圆形或椭圆形形状。
图4以几幅子图像示出了用于生产反射镜基底20的方法步骤。首先，准备反射镜基底和支撑件。如子图像(a)所示，使用磨削工具5(例如旋转磨盘)根据预定的包络面(这里为凹的)对支撑件1的表面4进行成形。子图像(b)示出了反射镜基底20的承载表面22的相应加工。这里，承载表面22设置有与表面4的弯曲部分互补的弯曲部分。如子图像(c)所示，一旦以这种方式对表面4、22进行成形，将反射镜基底20放置在支撑件1上并且将其固定。在这种情况下，可以再次使用中间材料13来补偿表面中的其余不均等的位置，并且任选地还在反射镜基底20的进一步加工期间提供减震。例如，可以通过中间材料13将反射镜基底20粘接地固定在支撑件上以防止反射镜基底20的横向位移，并且防止其脱离。在如此获得的组件15中，然后可以用磨削工具5加工出来功能表面21，如子图像(d)所示，此时反射镜基底20几乎没有变形。进一步地，支撑件1可以用于加工其他的反射镜基底，使得当生产一系列多个相同的反射镜基底20时，必须仅执行一次根据子图像(a)的步骤。
不限于所示的实例，如上所述的根据本发明的优选实施例的用于生产反射镜基底20的方法基于根据预定的形状或者根据预定的表面轮廓通过材料去除加工对支撑件1的表面4和承载表面进行成形，并且反射镜基底的承载表面22和支撑件1的表面4至少在承载区域中形成为相对的互补形状，并且，将反射镜基底20的承载表面22和支撑件1的表面4放在一起且将反射镜基底20固定到支撑件1上，从而形成组件15。然后，在组件15中，通过材料去除加工形成与承载表面22相对的功能表面21。
实施例
实施例1
如表1中所列出的制造反射镜基底。首先，将具有指定直径和厚度的镜坯放置在位于支撑材料块上的一层或多层中间材料上。中间材料配备有延伸到支撑材料的边缘的通道。将镜坯的上表面加工成凸形，并将镜坯与加工的坯料一起放置在支撑材料的块(如前所述配备有中间材料)上，支撑材料的表面已被研磨成与镜坯基底的凸形相匹配的凹形。然后，通过研磨在镜坯基底中形成凹形，从而根据需要减小反射镜基底的厚度。所获得的表面粗糙度列于表1中。
在比较例1中，使用DE 10 2015 112 036 A中所述的矿物支撑材料。在获得所需的基底厚度之前，镜坯在第二研磨步骤中破裂。
表1:
Figure BDA0002160134760000151
*)反射镜基底在第二研磨过程中破裂
对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于所示实施例，而是可以以多种方式变化。例如，表面4和22的加工顺序并不重要，例如它们也可以同时成形，或者与子图像所示的顺序相反，首先对反射镜基底20的承载表面22进行成形。
附图标记列表：
1 支撑件
5 磨削工具
13 中间材料
15 组件
20 反射镜基底
21 20的功能表面
22 20的承载表面
4 支撑件的表面

Claims (17)

1.一种反射镜基底，其包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料，其中所述反射镜基底具有以下特征中的至少一个：
-所述反射镜基底的横向尺寸与其最大厚度的比为至少100、优选为至少150、更优选为至少200、并且最优选为300或更大；以及
-所述反射镜基底的每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、更优选为30kg/m2、并且最优选为15kg/m2或更小；
其中，所述反射镜基底具有粗糙度Ra为至多3.5μm、优选小于1.2μm的镜面。
2.根据权利要求1所述的反射镜基底，其中所述反射镜基底的最大厚度为50mm或更小，尤其20mm或更小，优选为15mm或更小，更优选为10mm或更小，并且最优选为2mm或更小。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的反射镜基底，其中所述反射镜基底的横向尺寸为至少200mm和/或至多4500mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的反射镜基底，其中所述表面的粗糙度RMS小于2nm、优选小于1nm，其中所述反射镜基底的所述表面优选具有抛光表面光洁度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的反射镜基底，其中所述反射镜基底包括：玻璃陶瓷，优选为锂铝硅酸盐玻璃陶瓷，所述锂铝硅酸盐玻璃陶瓷优选为高石英固溶体玻璃陶瓷的形式；和/或Ti掺杂的合成二氧化硅玻璃；和/或陶瓷，优选为包含堇青石和/或SiC的陶瓷。
6.一种反射镜，其包括根据权利要求1至5中任一项所述的反射镜基底和所述反射镜基底的所述镜面上的高反射层。
7.一种支撑件(1)，其用于优选地在其整个表面上支撑反射镜基底(20)，特别是根据权利要求1至5中任一项所述的反射镜基底(20)，所述反射镜基底(20)在其加工和/或运输期间承载在所述支撑件(1)上；其中所述支撑件包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、以及最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料。
8.根据权利要求7所述的支撑件，其中承载有所述反射镜基底(20)的支撑件的表面具有弯曲的形状；
其中，优选地，所述支撑件的所述表面与包络面近似；并且
其中，最优选地，所述支撑件与所述包络面之间的偏差：
对于横向尺寸为至少4000mm的反射镜基底，所述偏差不大于0.5mm，优选不大于0.025mm；和/或
优选地，对于横向尺寸为至少2000mm的反射镜基底(20)，所述偏差不大于0.2mm，优选不大于0.025mm；和/或
优选地，对于横向尺寸为至少1200mm的反射镜基底(20)，所述偏差不大于0.1mm，优选不大于0.01mm。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的支撑件，其中所述支撑件的所述表面至少部分地被中间材料(13)覆盖，特别是被膜、优选聚合物膜覆盖；
其中，优选地，所述中间材料(13)的厚度至少与所述表面的实际形状与所述包络面之间的偏差一样大；并且
其中，优选地，所述中间材料(13)的最大厚度为至多200μm、优选为至多100μm、更优选为至多50μm，或者最优选甚至不大于25μm，
优选地，其中所述中间材料(13)包含聚氯乙烯。
10.根据权利要求9所述的支撑件，其中所述支撑件(1)的所述表面(4)部分地被所述中间材料(13)覆盖，使得所述中间材料(13)以间隔开的部分的形式被施加在所述表面(4)上，从而限定出所述中间材料的部分的对称的、优选径向对称的、优选四重径向对称的图案，其中所述部分优选地具有圆形或椭圆形形状。
11.一种组件，其包括支撑件(1)和反射镜基底(20)，
其中所述支撑件(1)用于优选地在其整个表面上支撑所述反射镜基底(20)，所述反射镜基底(20)在其加工和/或运输期间承载在所述支撑件(1)上；
其中，所述支撑件(1)包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料；
其中，所述反射镜基底包括平均线性热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料；
其中，优选地，所述反射镜基底的最大厚度为50mm或更小、尤其是20mm或更小、优选为15mm或更小、更优选为10mm或更小、并且最优选为2mm或更小；
其中，优选地，所述反射镜基底的横向尺寸为至少200mm；并且
其中，所述反射镜基底具有以下特征中的至少一个：
-所述反射镜基底的横向尺寸与其最大厚度的比为至少100、优选为至少150、更优选为至少200，并且最优选为300或更大；
-所述反射镜基底的每单位面积的重量为100kg/m2或更小、优选为50kg/m2或更小、更优选为30kg/m2、最优选为15kg/m2或更小；
其中，优选地，所述镜面的粗糙度不大于3.5μm，优选不大于1.2μm。
12.根据权利要求11所述的组件，其中制成所述支撑件的材料的热膨胀系数和制成所述反射镜基底的材料的热膨胀系数相差绝对值不大于1*10-6/K、优选绝对值不大于0.1*10-6/K、更优选绝对值不大于0.05*10-6/K、并且最优选绝对值不大于0.02*10-6/K。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的组件，其中所述支撑件的所述表面和承载在所述支撑件的所述表面上的所述反射镜基底的所述表面具有相对的互补弯曲部分。
14.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述反射镜基底(20)被横向固定在所述支撑件(4)上，其中，优选地，所述反射镜基底(20)被额外地紧固以防止从所述支撑件(4)脱离。
15.一种用于生产反射镜基底(20)、特别是根据权利要求1至5中任一项所述的反射镜基底(20)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供支撑件(1)，所述支撑件(1)用于优选地在其整个表面上支撑承载在其上的反射镜基底(20)；
-提供反射镜基底(20)，所述反射镜基底(20)包括热膨胀系数小于或等于1*10-6/K、优选小于或等于0.1*10-6/K、并且最优选小于或等于0.05*10-6/K的材料；
-将所述反射镜基底(20)放置到所述支撑件(1)上；
-对所述反射镜基底(20)的表面、特别是其镜面(21)进行机械再加工，特别是抛光、钻孔、磨削或研磨；
其中，制成所述支撑件(1)的材料的热膨胀系数和制成所述反射镜基底(20)的材料的热膨胀系数相差绝对值不大于1*10-6/K、优选绝对值不大于0.1*10-6/K、更优选绝对值不大于0.05*10-6/K、并且最优选绝对值不大于0.02*10-6/K。
16.根据权利要求15所述的方法，其中根据预定的表面轮廓通过材料去除加工对所述支撑件(1)的表面(4)和承载表面(22)进行成形，其中所述反射镜基底(20)的所述承载表面(22)和所述支撑件(1)的所述表面(4)形成为相对的互补形状；并且其中，将所述反射镜基底(20)的所述承载表面(22)和所述支撑件(1)的所述表面(4)放在一起并且将所述反射镜基底(20)紧固在所述支撑件(1)上，从而形成组件(15)；以及其中，然后，在所述组件(15)中，通过材料去除加工对与所述承载表面(22)相对的功能表面(21)进行成形。
17.根据权利要求1至5中任一项所述的反射镜基底在天文学应用、LCD光刻和/或显微光刻中的用途。
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