DD261445A1

DD261445A1 - MIRROR WITH HIGH OPTICAL PRECISION AND LOW MASS

Info

Publication number: DD261445A1
Application number: DD30273587A
Authority: DD
Inventors: Ruediger Salomon; Matthias Goldhahn; Michael Keil; Michael Weinholdt
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1988-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spiegel hoher optischer Praezision und geringer Masse zur Anwendung in optischen Geraeten fuer Luft- und Raumfahrt insbesondere in Spiegelobjektiven mit asphaerischen Flaechen. Der Spiegelgrundkoerper besteht aus einem leichten Traegermaterial, auf das die in bekannter Weise erzeugte Spiegelflaeche unter Druckeinwirkung aufgeklebt wird. Mit den auf dem Spiegelgrundkoerper befindlichen Elektroden und der aufgeklebten Spiegelflaeche wird auf elektrischem Wege der Klebeprozess ueberwacht und eine Verformung des Spiegelgrundkoerpers durch den Pressdruck verhindert. Die in Replikatechnik mit der vorgeschlagenen Spiegelanordnung hergestellten Spiegel zeichnen sich durch hohe optische Guete bei geringer Masse und guter Wiederholgenauigkeit und damit rentabler Fertigung aus. Die Anordnung ist besonders zur Herstellung von Spiegeln mit asphaerischer Oberflaeche geeignet. Fig. 1The invention relates to a mirror high optical precision and low mass for use in optical equipment for aerospace, especially in mirror lenses with aspherical surfaces. The Spiegelgrundkoerper consists of a light carrier material on which the mirror surface produced in a known manner is adhered under pressure. With the electrodes located on the mirror substrate and the glued Spiegelflaeche the adhesive process is monitored by electrical means and prevents deformation of the Spiegelgrundkoerpers by the pressing pressure. The mirrors produced in replica technique with the proposed mirror arrangement are characterized by high optical properties with low mass and good repeatability and thus profitable production. The arrangement is particularly suitable for the production of mirrors with aspherical surface. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die erfindungsgemäße Spiegelanordnung kann in optischen Geräten der Luft- und Raumfahrt angewendet werden, speziell bei in Replikatechnik hergestellten gekrümmten Spiegelflächen, die unter Druck mit dem Spiegelgrundkörper verklebt sind. Die Anordnung ist geeignet, die optische Güte zu verbessern und einen in seinen geometrischen Daten korrigierbaren Spiegel zu schaffen.The mirror arrangement according to the invention can be used in aerospace optical equipment, especially in curved mirror surfaces produced by replica technology, which are adhesively bonded to the mirror base body under pressure. The arrangement is suitable for improving the optical quality and for providing a mirror that can be corrected in its geometric data.

Characteristic of the known state of the art

Optische Bauelemente mittels einer hochgenauen reproduzierbaren Musterfläche herzustellen und diese auf einen nicht in gleicher Präzision gefertigten Grundkörper relativ grober Oberfläche aufzukleben ist bekannt. Dazu wird auf dem hochgenauen Negativkörper der Musterfläche ein Trennmittel aufgebracht und auf diesem Trennmittel die optische Fläche durch Aufdampfen oder andere geeignete Methoden erzeugt. Nach Fertigstellung der optischen Fläche wird diese mit dem Grundkörper zur gewünschten Anordnung verklebt. Bei einem in dieser Weise erzeugten optischen Bauelement, z. B. einen Spiegel, besteht der Nachteil, daß die verklebte Anordnung nicht mehr korrigierbar ist. Es sind im Stand der Technik Sensoranordnungen bekannt, die auf elektrischem Wege derartige Verformungen, Druck- oder Dickenänderungen registrieren. DE-OS 3023218 schlägt einen Drucksensor vor, der zwischen zwei elektrisch leitenden Belägen eine elastische elektrisch isolierende Schicht einschließt und Änderungen dieser Schicht als kapazitive Änderungen zwischen den Belägen meßbar sind.Producing optical components by means of a highly accurate reproducible pattern surface and sticking them to a base body of relatively coarse surface, which is not manufactured with the same precision, is known. For this purpose, a release agent is applied to the highly accurate negative body of the pattern surface and generates the optical surface by vapor deposition or other suitable methods on this release agent. After completion of the optical surface, this is glued to the base body to the desired arrangement. In an optical component produced in this way, for. As a mirror, there is the disadvantage that the bonded arrangement is no longer correctable. Sensor arrangements are known in the prior art which electrically register such deformations, changes in pressure or thickness. DE-OS 3023218 proposes a pressure sensor which includes an elastic electrically insulating layer between two electrically conductive coverings and changes in this layer can be measured as capacitive changes between the coverings.

DE-OS 2 933 006 stellt einen kapazitiven Druckfühler vor, bei dem Glasplatten mit leitenden Elektroden versehen sind, eine dieser Glasplatten flexibel ist, so daß sie bei Druckänderung verformt wird und diese Verformung elektrisch meßbar ist. Ähnliches wird in DE-OS 3137219 offenbart, in der zwei einen zylindrischen Hohlraum einschließende Halbschalen aus Glas oder Keramik mit flächenhaften Elektroden an der Innenseite versehen sind. Die Halbschalen sind elastisch verformbar, die Abstands- bzw. Druckänderung ist kapazitiv meßbar.DE-OS 2,933,006 discloses a capacitive pressure sensor in which glass plates are provided with conductive electrodes, one of these glass plates is flexible, so that it is deformed under pressure change and this deformation is electrically measurable. The same is disclosed in DE-OS 3137219, in which two cylindrical shells enclosing a cylindrical cavity made of glass or ceramic are provided with planar electrodes on the inside. The half-shells are elastically deformable, the distance or pressure change is capacitive measurable.

Bei in der Replikatechnik hergestellten gekrümmten Spiegeln ist ein Verkleben unter Druckeinwirkung erforderlich. Problematisch ist, daß dabei eine Verformung des Spiegelgrundkörpers eintreten kann, die nach dem Aushärten des Klebers zu Spannungen oder Veränderungen der geometrischen Form der Spiegelfläche und damit zum Ausschuß führt, da die entstandene Spiegelanordnung nicht mehr korrigierbar ist. Bei der Herstellung optischer Bauelemente in dieser Verklebetechnik sind diese Probleme nicht gelöst. In der DE-OS 3145 511 werden optische Reflektoren hergestellt, in denen die Spiegelschicht auf einer Trennfolie hoher Oberflächengüte angebracht ist, während der Träger der Spiegelschicht eine relativ grobe Struktur aufweist. Um das Durchdrücken der Trägerstruktur zu verhindern, wird vorgeschlagen, die Trennmittelschicht beim Aufbringen auf den Grundkörper unterhalb der Erweichungstemperatur zu halten. Die auf dem Trennmittel erzeugte Oberfläche ist endgültig. Erst nach Entfernung der Trennmittelschicht sind die Eigenschaften der entstandenen Spiegelfläche sieht-und prüfbar. Es wird kein Mittel genannt, das geeignet ist, die Güte der entstehenden Spiegeischicht zu überwachen und zu beeinflussen.In curved mirrors made by the replica technique, pressurized bonding is required. The problem is that in this case a deformation of the mirror base body can occur, which leads to the curing of the adhesive to tensions or changes in the geometric shape of the mirror surface and thus the Committee, since the resulting mirror assembly is no longer correctable. In the manufacture of optical components in this bonding technique, these problems are not solved. In DE-OS 3145 511 optical reflectors are produced, in which the mirror layer is mounted on a release film of high surface quality, while the support of the mirror layer has a relatively coarse structure. In order to prevent the transmission of the support structure, it is proposed to keep the release agent layer below the softening temperature when applied to the base body. The surface created on the release agent is final. Only after removal of the release agent layer, the properties of the resulting mirror surface can be seen and tested. There is no mention of a means suitable for monitoring and influencing the quality of the resulting mirror layer.

In der DE-OS 3000216 wird die optisch wirksame Schicht auf eine Trennmittelschicht aufgebracht, die auf einem Glaskörper angeordnet ist. Danach wird auf die optische Schicht ein Faserverbundwerkstoff im ungehärteten Zustand aufgebracht. Nach der Aushärtung des Faserverbundwerkstoffes wird das optische Bauelement von der Glasform getrennt und das Trennmittel entfernt. Auch hierbei entsteht eine optische Anordnung, bei der Verformungen oder Kontraktionen während des Aushärtens des Faserverbundwerkstoffes unbemerkt bleiben und unveränderbar sind.In DE-OS 3000216, the optically active layer is applied to a release agent layer, which is arranged on a glass body. Thereafter, a fiber composite material in the uncured state is applied to the optical layer. After curing of the fiber composite material, the optical component is separated from the glass mold and the release agent is removed. Here, too, creates an optical arrangement in which deformations or contractions remain unnoticed during hardening of the fiber composite material and are unchangeable.

Bei der Hersteilung einer Linsein dieser Technik wird in der DE-OS 2637257 als Nachteil festgestellt, daß nach Aushärtung des Epoxidharzes die Oberfläche wesentlich von der Oberfläche der reproduzierten optischen Form abweicht. Der Mangel läßt sich auch durch verzögerte Aushärtung nicht beseitigen. Es wird vorgeschlagen, eine photopolymerisierbare Schicht einzusetzen. Dabei wird der Träger mit der photopolymerisierbaren Schicht versehen, die mit einem Trennmittel beschichtete optische Form aufgesetzt, durch Bestrahlung ausgehärtet und danach die optische Form an der Trennmittelschicht abgenommen. Die Güte des gebildeten optischen Elementes hängt vom Verhalten der photopolymerisierbaren Schicht bei der Aushärtung ab, eine Kontrolle der Formhaltigkeit ist nicht möglich. Das Ergebnis ist im Enstehen nicht kontrollier- oder steuerbar. In jeder dieser Patentschriften läßt die Lösung die Qualität des optischen Elementes erst nach Abschluß des Herstellungsprozesses erkennen. Eine Einflußnahme während des Klebeprozesses ist nicht möglich. Kontraktionen der Klebeschicht, die die optische Oberfläche bis zur Unbrauchbarkeit verformen können, werden nicht erkannt.When Hersteilung a Linsein this technique is found in DE-OS 2637257 as a disadvantage that deviates after curing of the epoxy resin, the surface substantially from the surface of the reproduced optical form. The deficiency can not be eliminated by delayed curing. It is proposed to use a photopolymerizable layer. In this case, the support is provided with the photopolymerizable layer, the coated with a release agent coated optical form, cured by irradiation and then removed the optical form of the release agent layer. The quality of the formed optical element depends on the behavior of the photopolymerizable layer in the curing, a control of the shape retention is not possible. The result is not controllable or controllable. In each of these patents, the solution allows the quality of the optical element to be recognized only after completion of the manufacturing process. An influence during the gluing process is not possible. Contractions of the adhesive layer, which can deform the optical surface until it is unusable, are not recognized.

Object of the invention

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Spiegelanordnung hoher Genauigkeit bezüglich der geometrischen Form und der Spiegelkrümmung zu schaffen, die sich mit geringer Ausschußquote und guter Wiederholgenauigkeit fertigen läßt und korrigierbar ist.The invention has for its object to provide a mirror assembly of high accuracy with respect to the geometric shape and the mirror curvature, which can be finished with low rejection rate and good repeatability and is correctable.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu finden, die in den Spiegel integriert ist, ohne dessen optische Funktion zu beeinträchtigen und damit eine Kontrollmöglichkeit zu schaffen, die es erlaubt, eine unzulässige elastische Verformung des Spiegelgrundkörpers bereits im Herstellungsprozeß zu erkennen, so daß eine Qualitätsbeeinträchtigung ausgeschlossen wird oder bei Einsatz thermoplastischem Klebstoffs die Möglichkeit einer Korrektur gegeben ist. Erfindungsgemäß wird bei einem Spiegel mit hoher optischer Präzision und geringer Masse, bestehend aus einem Spiegelgrundkörper, auf dem eine elektrisch leitfähige Spiegelschicht mittels einer Klebstoffschicht angeordnet ist, die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spiegelfläche eine Kontaktierung aufweist und Bezugselektrode ist und daß hinter der. Klebstoffschicht auf dem Spiegelgrundkörper mindestens zwei Elektroden angeordnet und an der Peripherie kontaktiert sind und diese Elektroden und die Spiegelfläche zur Überwachung unzulässiger Verformung des Spiegelgrundkörpers mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind. Die Elektroden auf dem Spiegelgrundkörper sind dabei so angeordnet, daß sich die erste der beiden Elektroden als Zentralelektrode im Zentrum befindet und die zweite dieser Elektroden darum konzentrisch angeordnet und mindestens zweiteilig ist. Im praktischen Anwendungsfall kann die zweite Elektrode aus mehreren flächengleichen und potentialmäßig getrennten Teilelektroden bestehen, die jeweils an den kritischsten Punkten der Oberfläche des Spiegelgrundkörpers angebracht sind. Thermoplastischer Klebstoff ermöglicht eine Korrektur des Prozesses. Die Spiegelfläche und die auf dem Spiegelgrundkörper befindlichen Elektroden werden an eine Auswerteeinheit angeschlossen. Beim Klebeprozeß ist es erforderlich, den Anpreßdruck so zu halten, daß es zu keiner Verformung des Spiegelgrundkörpers kommt, eine homogene Verteilung des Klebstoffes erreicht und die Dicke der Klebstoffschicht einen optimalen Wert nicht überschreitet. Man erreicht das, indem man Kapazität oder Widerstand der gebildeten Teilelektroden bezüglich der Spiegelfläche als Bezugselektrode einzeln überwacht. Eine beginnende elastische Verformung wird durch Veränderung des Meßwertes an der entsprechenden Teilelektrode angezeigt und ermöglicht eine Korrektur des Preßdruckes. Eine Rückverformung nach Aushärten der Klebstoffschicht, die die Krümmung der Spiegelfläche verfälscht, wird damit vermieden.The object of the invention is to find an arrangement which is integrated in the mirror, without affecting its optical function and thus to provide a means of control, which allows to detect an inadmissible elastic deformation of the mirror body already in the manufacturing process, so that a Quality impairment is excluded or given the use of thermoplastic adhesive the possibility of correction is given. According to the invention is achieved in a mirror with high optical precision and low mass, consisting of a mirror base body on which an electrically conductive mirror layer is disposed by means of an adhesive layer, the object is achieved in that the mirror surface has a contact and reference electrode and that behind the. Adhesive layer are arranged on the mirror base body at least two electrodes and contacted at the periphery and these electrodes and the mirror surface are connected to monitor unacceptable deformation of the mirror body with an evaluation and control unit. The electrodes on the mirror base body are arranged so that the first of the two electrodes is in the center as the central electrode and the second of these electrodes is arranged concentrically around it and at least two parts. In practical application, the second electrode may consist of a plurality of surface-identical and potential-separated sub-electrodes, which are each attached to the most critical points of the surface of the mirror body. Thermoplastic adhesive allows correction of the process. The mirror surface and the electrodes located on the mirror body are connected to an evaluation unit. When bonding process, it is necessary to keep the contact pressure so that there is no deformation of the mirror body, achieved a homogeneous distribution of the adhesive and the thickness of the adhesive layer does not exceed an optimum value. This is achieved by individually monitoring the capacitance or resistance of the formed sub-electrodes with respect to the mirror surface as a reference electrode. An incipient elastic deformation is indicated by changing the measured value at the corresponding partial electrode and allows a correction of the pressing pressure. A recovery after curing of the adhesive layer, which distorts the curvature of the mirror surface is thus avoided.

embodiment

Die Erfindung soll anhand eines Beispiels und zwei Zeichnungen erläutert werden. Fig. 1 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung als Schnittdarstellung.The invention will be explained by way of example and two drawings. Fig. 1 shows the structure of the arrangement according to the invention as a sectional view.

Fig.2 zeigt eine mögliche Elektrodenanordnung auf dem Spiegelgrundkörper.FIG. 2 shows a possible electrode arrangement on the mirror main body.

Vorteil der Replikatechnik ist es, daß der Gfundkörper oder Träger der optisch wirksamen Schicht, nicht in der Genauigkeit und Oberflächengüte hergestellt werden muß, wie die optische Schicht — hier eine Spiegelfläche — selbst.Advantage of the replica technique is that the Gfundkörper or carrier of the optically active layer, not in the accuracy and surface quality must be made as the optical layer - here a mirror surface - itself.

Ein hochgenauer Negativkörper 6 wird nach Trennmittelauftrag in bekannter Weise mit der elektrisch leitfähigen Spiegelfläche 1 beschichtet.Aufden Spiegelgrundkörper 3 werden in geeigneter Weise z. B. durch Aufdampfen oder Sputtern die Elektroden auf den Spiegelgrundkörper 3 aufgebracht. Die Verteilung wird günstigerweise so vorgenommen, daß die Elektrode 42 aus mehreren Teilelektroden besteht, die vorzugsweise flächengleich und in gleicher Geometrie konzentrisch um die im Zentrum des Spiegelgrundkörpers 3 befindliche Zentralelektrode 41 angeordnet sind. Eine elektrische Kontrolle verschiedener Punkte der Oberfläche des Spiegelgrundkörpers 3 auf elastische Verformung, die nach dem Aushärten der Klebstoffschicht 2 zurückgeht und dabei eine Verfälschung der Spiegelkrümmung verursachen kann, wird ermöglicht, indem die Elektroden und die Spiegelfläche mit der Auswerte- und Steuereinheit 5 verbunden werden. Die Schichtdicke der Elektroden 41,42 sollte maximal die Dicke der Klebstoffschicht 2 erreichen. Als vorteilhaft erweist sich eine Elektrodendicke von weniger als 100nm. So wird bei einer Kontraktion der Klebstoffschicht 2 vermieden, daß sich die Elektroden 41,42 auf der Spiegelfläche 1 durchdrücken und damit die Spiegelfläche 1 verformen. Gestaltet man die Klebstoffschicht 2 thermoplastisch, läßt sich die Spiegelgeometrie nachträglich verändern.A highly accurate negative body 6 is coated after release agent application in a known manner with the electrically conductive mirror surface 1 on the mirror body 3 are in a suitable manner z. B. applied by vapor deposition or sputtering the electrodes on the mirror body 3. The distribution is advantageously carried out so that the electrode 42 consists of a plurality of partial electrodes, which are preferably arranged coextensive and in the same geometry concentrically around the center electrode 41 located in the center of the mirror body 3. An electrical control of various points of the surface of the mirror base body 3 on elastic deformation, which goes back to the curing of the adhesive layer 2 and thereby can cause a distortion of the mirror curvature is made possible by the electrodes and the mirror surface are connected to the evaluation and control unit 5. The layer thickness of the electrodes 41, 42 should reach at most the thickness of the adhesive layer 2. An electrode thickness of less than 100 nm proves to be advantageous. Thus, in a contraction of the adhesive layer 2 is avoided that push through the electrodes 41,42 on the mirror surface 1 and thus deform the mirror surface 1. If the adhesive layer 2 is molded thermoplastically, the mirror geometry can be subsequently changed.

In Fig. 1 trägt das Werkzeugunterteil 7 den mit der Spiegelfläche 1 versehenen Negativkörper 6. Die Spiegelfläche 1 ist durch ein Trennmittel nach Beendigung der Aushärtung vom Negativkörper 6 abhebbar. Die Klebstoffschicht 2 ist auf dem Spiegelgrundkörper 3 aufgetragen. Überflüssiger Klebstoff kann beim Anpressen am Rand der Spiegelanordnung austreten. Im Werkzeugoberteil 8 wird der Spiegelgrundkörper 3 gehalten. Die Elektroden 41 und 42 sowie die Spiegelfläche 1 sind an den Rändern kontaktierbar und können über Verbindungsleitungen 9 mit der Auswerte- und Steuereinheit 5 verbunden werden.In Fig. 1, the lower tool part 7 carries the provided with the mirror surface 1 negative body 6. The mirror surface 1 can be lifted by a release agent after completion of the curing of the negative body 6. The adhesive layer 2 is applied to the mirror base body 3. Superfluous adhesive may leak when pressed on the edge of the mirror assembly. In the upper tool 8, the mirror body 3 is held. The electrodes 41 and 42 and the mirror surface 1 can be contacted at the edges and can be connected via connecting lines 9 to the evaluation and control unit 5.

In Fig. 2 ist eine der möglichen Elektrodenanordnungen dargestellt, wobei Anzahl, Größe und Geometrie variabel sein können, vorteilhafterweise jedoch Größe und geometrische Gestalt gleich gewählt werden sollten. Die Elektrodenanordnung erlaubt über eine Auswertung der elektrischen Parameter Aussagen über Schichtdicke des Klebstoffes, Homogenität und beginnende elastische Verformung.In Fig. 2, one of the possible electrode arrangements is shown, wherein number, size and geometry can be variable, but advantageously size and geometric shape should be chosen equal. By means of an evaluation of the electrical parameters, the electrode arrangement makes it possible to make statements about the layer thickness of the adhesive, homogeneity and incipient elastic deformation.

Der Ausschuß der bei einem Spiegel ohne Elektroden beim Verkleben der Spiegelfläche entstehen kann, wird vermiedenThe committee that can arise in a mirror without electrodes when bonding the mirror surface is avoided

Bei einem Einsatz geeigneter thermoplastischer Klebemittel ist ein in der Spiegelgeometrie veränderbarer Spiegel herstellbar. Bei asphärischen Flächen dient die Anordnung zur Justageerleichterung. When using suitable thermoplastic adhesives, a mirror which can be changed in the mirror geometry can be produced. For aspherical surfaces, the arrangement is used to facilitate adjustment.

Claims

1. mirror with high optical precision and low mass, consisting of a mirror base body on which an electrically conductive mirror layer, is arranged by means of an adhesive layer, characterized in that the mirror surface (1) has a contact and reference electrode and that behind the adhesive layer ( 2) are arranged on the mirror base body (3) at least two electrodes and contacted on the periphery and these electrodes and the mirror surface (1) for monitoring unacceptable deformation of the mirror base body (3) with an evaluation and control unit (5) are connected.

2. Mirror according to claim 1, characterized in that the first electrode as the central electrode (41) in the center of the mirror and the second electrode (42) is preferably arranged concentrically around the central electrode (41) and consists of at least two partial electrodes with different potential.

3. Mirror according to claim 1 and 2, characterized in that the partial electrodes are coextensive and preferably of geometrically identical shape.

4. Mirror according to claim 1, characterized in that the adhesive layer (2) is thermoplastic.

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