JP2002534694A

JP2002534694A - 共軸のシェルを備える光学アレイを組み立てる方法

Info

Publication number: JP2002534694A
Application number: JP2000592839A
Authority: JP
Inventors: ロベールレーヌ; ドゥシャンブールダニエルペルティエ; クロードジャマール; ジャン−ポールコレット; イヴァーンストックマン; ジャン−フィリップトック
Original assignee: アジャンススパシャルユーロペエンヌ; ユニヴェルシトゥドゥリージュ
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2002-10-15
Also published as: EP1062670A1; DE69906261T2; RU2225629C2; WO2000041186A1; FR2788348A1; FR2788348B1; DE69906261D1; ATE235737T1; EP1062670B1; CA2322445A1; DK1062670T3; US6449826B1; ES2192406T3

Abstract

(57)【要約】本発明は、長手方向における第１の端部（５）と第２の端部（４）とを有し、基本のミラー（３７）を形成するＮ枚の共軸のシェルを備える光学アレイ（１０）を組み立てるための方法に関するものである。これにより、各シェルは、第１の端部（５）と第２の端部（４）との間に延び、第１の端部（５）において第１の直径を、また対向する第２の端部（４）において第１の直径より大きい第２の直径を有する。本発明は、１）支持台（２０）に装着された光学アレイから最も遠い位置に配置される第１のシェル（３６）の第１の端部（５）と、２）支持台に装着された光学アレイ（１０）の直近にある第２のシェルの第１端部と、Ｎ）支持台に配置された光学アレイ（１０）に最も近い内側に配置される第Ｎのシェルの第１端部とを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の属する技術分野）本発明は、長手方向における第１の端部と第２の端部とを有し、個々のミラー
を形成するＮ枚の共軸のシェルを備える光学アッセンブリを組み立てる方法に関
するものである。

【０００２】（発明の背景）各ミラーは、第１の端部と第２の端部との間に延び、また、第１の端部におけ
る第１の直径と、対向する第２の端部における第１の直径より大きい第２の直径
を示し、シェルは完全な円筒または円筒状部であり得る。

【０００３】このような光学アッセンブリは、特にＷＯＬＴＥＲＩ型望遠鏡のミラーとして
知られており、この望遠鏡において、各個々のミラーは、かすめ入射するＸ線の
ためのミラーであり、（大きい方の直径の第２の端部近傍の）回転放物面状の領
域と、（小さい方の直径の第１の端部近傍の）回転双曲面状の領域とを有する回
転面状をしている。

【０００４】このようなアッセンブリ及びその調整方法は、1997年2月に発行されたESA Bul
letin No. 89の６８〜７９頁に記載のD. de Chambure et al.による論文「Produ
cing the X-ray mirrors for ESA's XMM spacecraft」に説明されている。

【０００５】各シェルは、最も中央のシェルから始まる調整中に、計測され、次に第２の端
部により配置され、支持台に固定され、中央外側から調整が行われる。

【０００６】各個々のシェルの光学的操作は、調整前に最適化されなければならず、そのた
めには、非常に高水準の品質に至るまで製造を行わなければならない。

【０００７】調整後、ミラーを形成する各シェルの光学的操作をモニターすることはできる
が、各シェルへの個別の補正を行うことはできない。重力があるという点からだ
けでも、調整操作により個々のミラーのひずみが生じてしまう。

【０００８】（発明の概要）本発明の目的は、シェルが新たに調整される度に、計測を行いかつ補正を行う
ことができる相互作用のある方法を提供することである。

【０００９】従って、本発明は、長手方向における第１の端部と第２の端部とを有し、個々
のミラーを形成するＮ枚の共軸のシェルを備える光学アッセンブリを組み立てる
方法を提供し、各ミラーは、前記第１の端部と第２の端部との間に延び、また、
前記第１の端部における第１の直径と、前記対向する第２の端部における第１の
直径より大きい第２の直径を示す該方法において、１）光学アッセンブリの最も外側に配置された第１のシェルの第１の端部を、支持台上に配置し、２）光学アッセンブリにおいて第１のシェルの直近にある第２のシェルの第１の端部を支持台上の第１のシェルの内側に配置し、 …、Ｎ）光学アッセンブリにおいて最も内側に配置された第Ｎのシェルの第１の端部を支持台上に配置することを含むことを特徴とする光学アッセンブリ組立方法を提供する。

【００１０】シェルは、少なくとも小さい方の直径の端部により支持台上で保持されながら
、最も外側のシェルから内側へと調整されていくので、シェルの内側表面、つま
り活性反射面には、次のシェルが配置されるまで接近可能な状態が維持される。
従って、各シェル上で適当と見られる種々の補正または追加の操作を行うことが
できる。

【００１１】特に、本方法は、前記設置操作の少なくとも１つが、ａ）前記シェルのうち１枚を支持台上に配置し、ｂ）支持台上に配置された前記シェルの内側表面の形状を計測し、ｃ）ここで、前記形状計測の結果の作用として、支持台上の前記シェルを適宜再配置し、ｃ'）支持台上の前記シェルの位置を固定することを含むことを特徴とする。

【００１２】好ましい変形例において、本方法は、支持台上の位置を固定した後、前記設置
操作のうち少なくとも１つが、ｄ）支持台上に固定された前記シェルの内側表面の形状を計測し、ｅ）ここで前記シェルの内側表面を適宜イオン機械加工することを含むことを特徴とし、ｅ）の後、本方法において、ｆ）必要に応じて前記シェルの内側表面上に反射コートを適用し、ｆ）の後、ｇ）必要に応じて前記シェルを検査することを含むと特に有利である方法である。

【００１３】前記方法において、前記形状計測では、前記シェルの内側表面と、支持台上の
基準位置に配置された基準シリンダーとの両方をスキャニングすることにより、
誤差計測が行われ、前記誤差計測は、計測プレートにより移動され前記基準シリ
ンダーに対する計測プレートのずれを検出するセンサーにより、接触せずに行わ
れることを特徴とするのが好ましい。

【００１４】少なくとも１枚のシェルは、その長手方向における端部のうち少なくとも１つ
まで、少なくとも一方に延長することができる。

【００１５】少なくとも１枚のシェルは、第１の端部と第２の端部との間に延びる複数の素
子により構成され、各素子は前記シェルの輪郭部分を占めており、また、前記素
子は、その長手方向における端部のうち少なくとも１つ及びその側縁のうち少な
くとも１つに配置される少なくとも１つの延長部を示すことを特徴とし得る方法
である。

【００１６】このような延長部は機械的固定エレメントを構成する。長手方向における端部
に配置された前記延長部のうち少なくとも１つは、寄生光を低減させるためのバ
ッフルを構成することが可能である。

【００１７】本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら実施例を限定しない
ものとして以下の説明を読めば、より明らかとなるだろう。

【００１８】（発明を実施するための最良の形態）宇宙天文学では、現在、集光表面領域及び１秒未満の弧の解像度が大きい光学
系の開発を行う傾向にある。一般に、これは、−８０℃程度の低い温度もあり得
る温度でかつ０．２℃未満の温度傾斜である安定した温度環境で作動する高品質
のミラーを大量に製造することを示している。このようなミラーにより提起され
る問題の１つは、その製造コストである。

【００１９】本発明は、特に、WOLTERＩ型ミラーを実施する光学系１に適合する場合だけに
限らず、０．００３ｋｅＶと１００ｋｅＶとの間のエネルギー帯（つまり４００
ｎｍから０．０１ｎｍまでの波長）で作動するミラーを調整する方法を提供する
。個々の不対称の環状のミラーまたはシェル（Ｍ₁、…、Ｍ_n）は、それぞれ、入
口端部４を形成する放物面状部分である入口部２と出口端部５を形成する双曲面
状部分である出口部３とを備えており、一体に組み立てられ、共通の焦点を有す
る同心のミラーから成るモジュール１０を形成する。各ミラーは、矢印Ｆの方向
にかすめ入射するＸ線を受け取るように適合されている。各個々のミラー（Ｍ₁
、…、Ｍ_n）は、平均曲率半径に対する厚さの割合が１／５０未満のものとして
定義されるようなミラーを含む薄いミラーである。

【００２０】モジュール１０の下流には、Ｘ線つまり、非分散Ｘ線と分散Ｘ線とをそれぞれ
受け入れるために、分散回折格子１１と、２つの電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ
ー１２及び１４とが配置されている。

【００２１】このようなミラーを製造し調整するための技術は、D. de Chambureによる上述
の論文に説明されている。

【００２２】このようなミラーを調整する際に発生する問題は以下の通りである。

【００２３】 −設置した光学表面の実測を行うことが困難であること、 −ミラーを最終的な非常に緻密な設計書通りに製造することが要求される場合
でさえも、ミラーを調整する時に光学系にひずみが生じ、これにより高コストが
かかってしまうこと、 −種々の段階、つまり製造、調整、テスト、及び使用段階で、ミラーと支持台
との間に、熱膨張率が異なることにより種々のひずみが生じてしまうこと、 −個々のミラー全てを、焦点を一致させるために正しく配列するのが困難であ
ること。

【００２４】本発明は、モジュールを構成する際、個々のミラーに対して、よりよい調整と
最終的な補正を行うことができる方法を提供する。

【００２５】本方法では、連続Ｎ回、段階的に支持台２０上でミラーの調整を行う。調整は
、最大寸法のミラーＭ₁（図２ａ参照）、つまりモジュール１０の最も外側のミ
ラーから始まる。第１のまたは下流の端部５つまり直径の小さい方の端部を有す
るミラーが、支持台上に配置され、次に、同様に下流の端部５で直立しているＮ
枚目のミラー（図２ｂ及び２ｃを参照）まで段階的に（Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃、…）調
整が進んでいく。

【００２６】その結果、支持台２０上で調整されたばかりの各シェル１の内側反射面６には
、（図３に関連して）後述する装置（３４、３５）を用いて、調整されたばかり
のシェルを計測するため及び種々の補正を行うために、なおアクセス可能である
。

【００２７】個々のミラーを連続して調整する際に、個々のミラーの重量により支持台２０
にさらにかかる荷重を補正するために、支持台２０の位置調整を行うか、または
調整されるミラーの光軸と垂直軸との間に生じる可能性のある種々のひずみを考
慮するような方法で、実際に支持台２０の向きを変えることが可能である。

【００２８】個々のミラーは、調整後に、各ミラーにイオン研磨を行うことにより補正する
ことができる。イオン研磨により、ミラー製造による欠陥及び／または調整プロ
セスによる欠陥（接着剤による収縮、機械的荷重など）を補正することができる
。イオン研磨は、研磨面の粗さの微細性を低下させず、材料の除去速度及び除去
量を適切な範囲内に維持できるという利点を示す。この補正方法では、接触する
ことがないので、悪影響がない。

【００２９】個々のミラー内で発生するひずみを減少させる１つの解決方法は、光学的に活
性化していない界面領域でミラーを調整することであり、これにより応力を減少
させることができる。

【００３０】例えば、図４は、ＷＯＬＴＥＲＩ型の個別のミラーを示している。このミラー
は素子４０から成り、素子４０は完全に湾曲した断片から成る円筒状部分を構成
しており、各素子は、放物面状部分である領域４２と双曲面状部分である領域４
３とを示している。領域４２の縁部４４は、延長され、ミラーアッセンブリを覆
う一部分に固定するタブ４６となり、また、領域４３の縁部４５は、延長され、
支持台２０に固定するタブ４７となる。横方向には、少なくとも一方の側で、領
域４２及び４３は延長され、別個の固定タブ４８及び４９となる。これらの機械
的固定タブは、個々のミラーに必要不可欠な端部を構成する。

【００３１】図５は、完全な円筒形状となるＷＯＬＴＥＲＩ型の個々のミラーを示す。この
型のミラーは、上流の縁部５４及び下流の縁部５５を介して、放物面状部分であ
る領域５２及び双曲面状部分である領域５３とに接続されている上流の固定タブ
５６及び下流の固定タブ５７とを示す。

【００３２】４６から４９、５６及び５７のタブにより、光学系の間近で温度を調節するこ
とができる。

【００３３】タブ４６、４７、５６及び５７により、モジュール内を貫通する寄生光量を制
限することもできる。

【００３４】寄生干渉光は、かすめ入射角を有する望遠鏡に本来存在するものである。この
ような寄生光を低減するために、ミラーと相互に配列されるバッフルまたはスク
リーンを配置することが知られているが、このようなバッフルは、製造が難しく
また配列することが困難であるため、時間がかかりコストが高くなる。このよう
な光学バッフルのあるものは、例えば、電気鋳造法により、個々のミラーと一体
化して形成することが可能である。次に、調整後、ミラーを下流の端部５で直立
させながら、上流の端部４に配置された光学バッフルを処理することが可能であ
る。調節された表面粗さをバッフルの内側表面に分与するためのこの機械的処理
は、ミラーの反射面にイオン機械加工をする操作を行う間に、イオン機械加工に
より行うことができる。

【００３５】個々のミラーが調整された後、広いパスバンドで高い反射率という特性を備え
るように従来のコート方法でミラーをコーティングすることができる。このよう
なコーティングは、例えば、金属層などの１またはそれ以上の層を適用すること
により行われる。

【００３６】ミラー支持台２０（図３を参照）は、個々のミラーが連続して調整される際、
その重量により起こるひずみを補正するための装置３９を備える。支持台２０は
、調整されたばかりのミラー３７の光学面３７'に面し、軸３３'が個々のミラー
（Ｍ₁、…、Ｍ_N）の共通の光軸Ｘに平行であるのが好ましい、基準シリンダー３
３を移動させる。

【００３７】ミラーは、その縁部に沿う位置（その位置は等間隔とされ得る）で保持されて
おり、前に調整された種々のミラーに接触せずに下降できる所定の軌道をたどっ
た後、調整されるミラーが確実に配置されるように、水平軸Ｙ及びＺに対する基
準としてシリンダー３３を用いることにより、Ｘ軸に対して平行に下降する。SP
IE Proceedings No. 2808 (1966)の３６２〜３７５頁に発表されたD. de Chambu
re et al.による論文「The status of the X-ray mirror production for the X
MM spacecraft」に記載されているミラーハンドリングツールを用いることも可
能である。

【００３８】ミラーが配置されると、その活性面３７'の形状が、基準シリンダー３３と、
非接触計器を用いたスキャニングにより、計測される。形状は光学的試験によっ
ても計測することができる。

【００３９】スキャニングの後、ミラー３７の最適位置が計算され、ハンドリングツールに
よりミラー３７が再配置される必要がある。

【００４０】次に、ミラー３７は、接着剤、または機械的に例えばねじにより、固定される
。次に、ハンドリングツールはミラー３７から切り離される。この時、ミラー３
７の重量が支持台２０に移動し、これにより支持台にひずみが生じる。このひず
みが計測され、支持台２０を初期状態に戻すために、ひずみ補正装置３９が補正
力を生じ支持台２０が初期状態に戻る。

【００４１】もし補正を行わなければ、ミラー３７の調整により、ミラーのわずかな角度誤
差及び局所的ひずみが、ミラーの固定点付近においておよそ数ミクロン生じる場
合がある。

【００４２】このような誤差は、新しい計測方法を用いてミラー３７の形状をスキャニング
することにより補正することができる。計測された形状と所望の形状との間の差
異により、イオン加工により除去される材料の量を決定することができ、またこ
のようにしてイオン加工のパラメータを調整することができる。次に計測系３０
が取り出され、加工ヘッドが配置される。計測系３０は、基準シリンダー３３に
対して加工ヘッドを配置するためのＸ、Ｙ、Ｚ軸に基づく位置決め装置を備える
。変形例において、加工ヘッドは、スキャニングにより計測を行うための装置上
に配置することができ、これにより、形状計測ステップ後すぐにこのような加工
を行うことが可能となる。

【００４３】上述のように、１またはそれ以上の層、特に金属層または有機層から成る、次
のコーティングステップを提供することも可能である。コーティングヘッドは加
工ヘッドに取り付けることができ、この場合、アッセンブリは、真空状態を妨げ
ずに操作の全部（形状計測、加工、コーティング）を行うように適合されたロボ
ットの一部となり得て、これにより、最適な清浄さを達成でき、またかなりの時
間を節減できる。

【００４４】垂直軸上においてミラーまたはミラーのセットに光学的試験を行うことも常時
可能であり、これにより、重力によるひずみを最小限に抑えることができ、SPIE
Proceedings, Denver (1996)に発表されたJ. P. Collette et al. による論文
「Performance of XMM optics and vertical test facility」に説明されている
方法を用いて種々の波長で計測を行うことができる。

【００４５】一度ミラーが調整されると、全工程を繰り返すことにより、次のミラーを調整
することが可能である。

【００４６】支持台２０は、２枚の連続したミラーが光軸と垂直軸との間に異なる角度を示
し得る系、特にオープンサーフェスミラー系に対して、傾斜装置３８により、傾
斜させることができる。

【００４７】スキャニング装置３０は、図３に示すようである場合もある。スキャニング装
置３０は、支持台２０に直立する基準シリンダー３３に対してメインプレート３
１の位置を確定するための、非接触型のセンタリング装置３２が取り付けられた
プレート３１を備える。プレート３１は、基準シリンダー３３の軸３３'に対し
て平行な軸を中心に回転可能であり、これにより計測ヘッドを動かし方位付けで
きる。方位角は角度センサにより計測される。メインプレート３１は、プレート
３１の長手方向の軸に沿って並進移動可能な少なくとも１本のアーム３４を移動
させる。アーム３４は、２つのモータが装着されたベンチ上に取り付けられ、ア
ーム３４の長手方向軸に沿って垂直及び水平に移動可能な、計測プレート３５を
移動させる。

【００４８】計測プレート３５は、Ａ、Ｂ、Ｃの３つのセンサーを移動させる。センサーＡ
は、例えばレーザー型、磁気型、または実際に容量型の近距離センサーであり、
調整される個々のミラー３７の光学面３７'に面している。光学面３７'がスキャ
ニングされている間、プレート３５のずれが、センサーＡと面３７'の間隔ｄが
一定に保たれるようにサーボ機構で制御され、このようにして、計測プレート３
５と面３７'の間隔が一定に保たれる。

【００４９】例えばレーザー型のセンサーＢは、プレート３５と基準シリンダー３３の間隔
Ｄを決定するのに作動する。ミラーの光学面３７'と軸３３'の間隔は、間隔ｄ＋
センサーＡとＢの間の（一定の）間隔Ｄ₀＋間隔Ｄ＋基準シリンダー３３の半径
ｒとなる。

【００５０】例えばレーザー型のセンサーＣは、計測プレート３５と支持台２０の垂直間隔
を計測するのに作動する。方位角、及びセンサーＢ及びＣにより伝達される数値
が、規則的な間隔で読まれ、これにより、ミラー３７の面３７'上の対応するポ
イントの（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の）調整の決定を行うことができる。

【００５１】上述のように、アッセンブリが計測、加工、コーティングを行うためのロボッ
トを構成するように、複数のアームをプレート３５により運ぶことが可能である
。

【００５２】プレート３５は、機械加工ヘッド、コーティングヘッド、及びセンサーＢ及び
Ｃに類似するセンサーＢ'及びＣ'を備えるアームを移動させることができる。こ
の場合、ミラーの表面形状が知られていれば、アームを配置するためには、セン
サーＢ'及びＣ'により計測されたデータと（プレート３５により与えられる）方
位角に対する数値のみが必要とされ、センサーＡは不要である。

【００５３】本発明の方法は、非光学面についても一部分にはほぼ十分な程度に適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＸＭＭ望遠鏡のためのモジュールを示す図である。

【図２ａ】本発明の調整方法を示す図である。

【図２ｂ】本発明の調整方法を示す図である。

【図２ｃ】本発明の調整方法を示す図である。

【図３】本発明の方法に適用された計測装置を示す図である。

【図４】個々の鏡部分を形成する１つの方法を示す図である。

【図５】個々の鏡部分を形成する１つの方法を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ペルティエドゥシャンブールダニエルオランダエンエル−2287 エーデンハーグステフィンストラート 169 (72)発明者ジャマールクロードベルギーベー−4550 サンセヴェラーンリュウサール 46 (72)発明者コレットジャン−ポールベルギーベー−4053 アンブールアヴェニューユージェンヌイザイェ 16アー (72)発明者ストックマンイヴァーンベルギーベー−4280 アニュシャヴェデループ７ベー (72)発明者トックジャン−フィリップフランスエフ−01630 セルジシュマーンドゥララマ 237

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向における第１の端部と第２の端部とを有し、個々の
ミラーを形成するＮ枚の共軸のシェルを備える光学アッセンブリを組み立てる方
法であって、各ミラーは、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延び、また
、前記第１の端部における第１の直径と、前記対向する第２の端部における第１
の直径より大きい第２の直径を示す該方法において、１）前記光学アッセンブリ（１０）の最も外側に配置された第１のシェル（Ｍ ₁）の前記第１の端部（５）を、支持台（２０）上に配置し、２）前記光学アッセンブリ（１０）において前記第１のシェルの直近にある前記第２のシェル（Ｍ₂）の前記第１の端部（５）を前記支持台（２０）上の前記第１のシェルの内側に配置し、 …、Ｎ）前記光学アッセンブリ（１０）において最も内側に配置された前記第Ｎのシェル（Ｍ_N）の前記第１の端部（５）を前記支持台（２０）上に配置することを含むことを特徴とする光学アッセンブリ組立方法。
【請求項２】シェルを配置する前記操作のうちの少なくとも１つが、ａ）前記シェル（３７）のうち１枚を前記支持台（２０）上に配置し、ｂ）前記支持台（２０）上に配置された前記シェル（３７）の前記内側表面（６，３７'）の形状を計測し、ｃ）ここで、前記形状計測の結果の作用として、前記支持台（２０）上の前記シェル（３７）を適宜再配置し、ｃ'）前記支持台（２０）上の前記シェル（３７）の位置を固定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記支持台（２０）上にシェルを固定した後、シェルを配置する前記操作のうち少なくとも１つが、ｄ）前記支持台（２０）上に固定された前記シェル（３７）の内側表面（３７'）の形状を計測し、ｅ）ここで前記シェル（３７）の内側表面（３７'）を適宜イオン機械加工することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】ステップｅ）の後、ｆ）前記シェル（３７）の内側表面（３７'）上に反射コートを適用することを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】ステップｆ）の後、ｇ）前記シェルを必要に応じて検査することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】前記形状計測では、前記シェル（３７）の前記内側表面（３７'）と、前記支持台（２０）上の基準位置に配置された基準シリンダー（３３）の両方をスキャニングすることにより、誤差計測が行われ、該誤差計測は、前記基準シリンダー（３３）に対する計測プレート（３１、３４、３５）のずれを検出するセンサー（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）により、接触せず行われることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項７】少なくとも１枚のシェル（４０）が、機械的固定エレメントを構成する少なくとも１つの延張部（４６、４７）を示し、該延長部（４６、４７）は、その長手方向における端部のうち少なくとも１つに配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】少なくとも１枚のシェルは、前記第１の端部（４５）と前記第２の端部（４４）との間に延びる複数の素子（５０）により構成され、各素子は前記シェルの輪郭部分を占めており、また、前記素子は、前記長手方向における端部（４４、４５）のうち少なくとも１つ及び前記側縁のうち少なくとも１つに配置されている機械的固定エレメントを構成する、少なくとも１つの延長部（４６、４７、５６、５７）を示すことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】前記長手方向における端部のうち１つに配置された前記延長部（４６、４７）のうち少なくとも１つは、寄生光の干渉を低減させるためのバッフルを構成することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。