JP2010049257A - 軽量化した鏡体支持体用の基板及び軽量化した鏡体支持体が設けられた鏡体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、軽量化されているにもかかわらず依然として高い剛性を保つ鏡体支持体用の基板を提供することである。
【解決手段】基板、特に鏡体支持体用の基板において、該基板の一方の面、好ましくは裏面に凹部が導入され、その結果、特に凹部間につなぎ部材が画定され、それによって、軽量化されているにもかかわらず依然として高い剛性を保つという状況が達成される。このことは、基板が、該基板用に設けられた保持装置内に正しく取り込まれた後でわずかにしかたるまないことを意味し、つなぎ部材の少なくとも１つの第１の部分はつなぎ部材の第２の部分とは異なる幅を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽量化した鏡体支持体用の基板及び軽量化した鏡体支持体が設けられた鏡体に関する。

軽量化した鏡体支持体用の基板及び軽量化した鏡体支持体が設けられた鏡体は、例えば、地球天文学において、地球から離れた観測地点からの大気スペックルのひずみ及びゆがみをなくすと共に、観測結果に背景光源としてコントラスト減少効果をもたらす、絶えず増加する地球の光害を回避するために、宇宙旅行等の地球外用途において用いられることが多い。

地球天文学ではまた、恒星体の軌道を観測するような場合において、鏡体を調節するとき又は移動している物体を追尾するときに、移動質量の重量が軽ければ調整及び再設定するのに必要な力が減少するため、質量が小さい利用可能なシステムを作製することが有利である。

しかし、軽量化することに加えて、鏡体支持体の剛性又は鏡体支持体に収容されている鏡体に起因する鏡体支持体のたるみも非常に重要になる。

初めは、質量を低減することによって純粋に軽量化することが簡単且つ明白な方策であると思われるかもしれないが、質量を低減した後に残る構造体に強度及び剛性に関連する非常に高い要件が課されることがすぐに明らかとなる。

元の重量の半分未満の領域（実際には初期重量の２／３未満の領域）を得る場合、鏡体支持体用の基板を処理することに厳しい課題が提起される。この状況は、ガラス又はガラスセラミック等の材料を高精度に仕上げる必要がある場合に特により困難なものとなる。

軽量化されているが依然として使用することができる剛性を有する鏡体支持体を得るために様々な試験が行われている。

球面を板部材と組み付け、このようにして閉じた剛性構造体を得る、軽量化した鏡体支持体の構造が製造されている。しかし、この解決策の不都合点は、そのような球面が、通常、鏡体支持体の基本構造体とは異なる熱膨張挙動を有するため、多くの用途において不可避である温度変動によってさらなる歪みが生じる可能性があるということである。さらに、この場合に用いられる加熱成形加工では、高精密に成形することは明らかに不可能である。

本発明の目的は、特に鏡体支持体用の基板を提供することであり、この基板は、軽量化されているにもかかわらず依然として高い剛性を保ち、これは、基板用に提供されている保持装置内に取り込まれた後にわずかにしかたるまないことを意味する。

この目的は、軽量化した、特に鏡体支持体用の基板を用いて驚くほど簡単な方法で達成することができ、基板の面、好ましくは裏面には複数の凹部が導入されており、その結果として特にそれらの凹部間にはつなぎ部材が画定され、基板は、つなぎ部材の少なくとも第１の部分が、つなぎ部材の第２の部分とは異なる幅を有することを特徴とする。

この目的はまた、軽量化した鏡体支持体用の基板であって、第１の凹部及び第２の凹部が該基板の面に導入され、その結果として第１の凹部間、及び／又は第１の凹部と第２の凹部との間につなぎ部材が画定され、特に第２の凹部は保持装置用の取り込み部すなわち担持部を画定する、基板によって達成される。基板は、第１の凹部を画定するつなぎ部材の少なくとも第１の部分が、第２の凹部を画定するつなぎ部材の第２の部分とは異なる幅を有することを特徴とする。

鏡体は、鏡体支持体用の基板によって提供されるのが好ましく、この場合、基板の上面に反射面が少なくとも部分的に設けられているか、又は上面に反射面が少なくとも部分的に形成されている。

本発明のこの説明のために、軽量化した基板の定義としては、特に基板にある凹部によって実現されている材料の除去によって、中実材料を用いる実施の形態よりも軽量である構造形態の基板を含む。

この材料除去しない材料、したがって中実材料は、基板の円盤状構造形態又は円柱状構造形態を含むのが本質的に好ましく、これらの形態は円筒形、楕円形、矩形、六角形及び／若しくは八角形であってもよい。

正式には、円盤に言及する減量パーセントは、ドイツ航空宇宙センター（the National Space Agency of the Federal Republic of Germany）によって定義されており、例えば、凸面の影響も減量パーセントの要因となり、これも上記減量の定義と一致している。

本発明の一実施の形態では、凹部、特に第１の凹部及び／又は第２の凹部は、基板の裏面に導入される。本発明のさらなる実施の形態では、第１の凹部を画定するつなぎ部材の第１の部分は、第２の凹部、したがって取り込み部を画定するつなぎ部材の第２の部分よりも小さい幅を有する。

さらなる一実施の形態では、（取り込み部を画定する）つなぎ部材の第２の部分と隣接するつなぎ部材の第１の部分は、つなぎ部材の第２の部分と隣接しないつなぎ部材の第１の部分の幅よりも大きい幅を有する。

別の好ましい実施の形態では、つなぎ部材の少なくとも１つの部分は、それらの長さ範囲に沿って変化する幅を有し、これらの変化する幅によって、例えば、基板に設けられている保持装置用の取り込み部の近く又は基板の縁領域の近く等、局所的な強度要件を有する位置に非常に効果的に導入することができる。

特に、（取り込み部を画定する）つなぎ部材の第２の部分と隣接するつなぎ部材の第１の部分は、取り込み部から幅が減少し始める。好ましくは、つなぎ部材の第１の部分の幅は、この領域において連続的に減少する。

基板は、保持装置用の取り込み部すなわち担持部が位置付けられる領域において補強される。詳細には、担持部の近くに位置付けられるか又は取り込み部に割り当てられるつなぎ部材が補強される。この領域において、つなぎ担持部はより広い幅を有する。第１に、第２の凹部、したがって保持装置用の担持部を画定するつなぎ部材は、第１の凹部を画定するつなぎ装置よりも広い幅を有する。第２に、中心としての取り込み部から外側へ延在するつなぎ部材は、外側方向に幅が減少する。特に、それらのつなぎ部材は半径方向に延在している。

凹部、特に第１の凹部が六角形又は三角形のくぼみ部を画定すれば非常に高い強度及び剛性を提供することができるため、非常に有利である。本発明の第１の実施の形態では、凹部、特に第１の凹部の主な部分は、本質的にハニカム形状のくぼみ部によって画定される。しかしこの場合、凹部、特に第１の凹部の主な部分は、基板の縁にある全ての凹部を含んでいるわけではなく、また、支持構造体の境界を定めている全ての凹部を含んでいるわけでもない。これは、これらの凹部がこれらの場所において、予め与えられた幾何学的形状の構造によってそれらの規則性に悪影響を与えられているためである。

上述の方策、及び特に後述する処理ステップを用いると、驚くべきことに、中実材料と比較した場合に８５％超、好ましくは８８％超まで基板を軽量化することが可能となり、それにもかかわらず、基板のたるみは非常にわずかしか生じなかった。

少なくとも最後の処理ステップのうちの１つにおいてフッ化水素酸、好ましくは１０体積％超のフッ化水素酸を含有するエッチング剤をくぼみ部の形成に使用する場合、ガラス及びガラスセラミックが非常に有利であった。このように、特に耐破損性である、つなぎ部材の表面、したがって基板の表面が提供される。

しかし、概して、少なくとも部分的に化学的除去プロセス、特にフッ化水素酸を含有するエッチング剤を用いるエッチングによって凹部、特に第１の凹部及び／又は第２の凹部を作り出す場合、ガラス及びガラスセラミックが有利であった。このように除去率を非常に精密に調整することができた。

さらに、少なくとも部分的に、固定砥粒を用いた研削、並びに遊離砥粒及びエッチング剤を用いたエッチング又はラップ仕上げによって、凹部、特に第１の凹部及び／又は第２の凹部を有利に作り出すことができた。

好ましい実施の形態では、つなぎ部材の高さがおよそ９０ｍｍ、基板の直径がおよそ７００ｍｍである場合、つなぎ部材の幅は２．５ｍｍ以下、実際には好ましくは２ｍｍよりも小さい。

別の好ましい実施の形態では、つなぎ部材の高さが１４０ｍｍ〜１５０ｍｍ、基板の直径がおよそ１２００ｍｍである場合、つなぎ部材の幅は２．５ｍｍ以下、実際には好ましくは２ｍｍよりも小さい。

六角形すなわちハニカム形状である凹部、特に第１の凹部の場合に、少なくとも１つのくぼみ部、好ましくはいくつかのくぼみ部が７０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは８０ｍｍ〜１１０ｍｍ、最も好ましくはおよそ９５ｍｍの対辺距離を画定する場合、個々のくぼみ部の驚くほどわずかなたるみしか観測されなかった。

三角形である凹部、特に第１の凹部の場合に、少なくとも１つの個々のくぼみ部、好ましくはいくつかのくぼみ部が、７０ｍｍ〜２１０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍ〜１８０ｍｍ、最も好ましくはおよそ１４０ｍｍの辺の長さを画定する場合、同様に驚くほど良好な挙動を観測することができた。

ぞれぞれの個々の（六角形の）くぼみ部のたるみがこのように低減することによって、少なくともこの個々のくぼみ部の領域において研磨挙動が最適化される。これは、この場合、機械的応力又は重力下での鏡体の理論的形状からのずれがより小さくなるためである。したがって、６ｍｍ〜８ｍｍの典型的な鏡体板の厚さは、最大およそ１２ｎｍに過ぎない驚くほど小さいたるみしか生じない。三角形のくぼみ部の場合、同様の驚くほど良好な状態が生じ、同様に個々のくぼみ部のたるみは、鏡体板の厚さが６ｍｍ〜８ｍｍである場合、およそ１２ｎｍよりも小さいままである。

つなぎ部材が、少なくとも部分的にＴ字形の断面を画定する、隆起した裏面構造部、特に基底部となる隆起した裏面部材を有する場合に、機械的特性をさらに大幅に改善することができる。

鏡体の反射面用に提供される表面の裏側の材料厚さが、つなぎ部材間の領域において実質的に一定である場合も有利である。これは、このようにして、最小限の重量でありながらも基板の平坦な範囲に依然として必要な強度も提供することができるためである。この場合、材料の±２０％未満である材料厚さのずれは実質的に一定であることを意味する。

しかし、基板用の機械的保持装置の領域においては、生じる力を、本質的にたるみを生ずることなしに吸収することができるように、材料の厚さはより大きいことが好ましい。

しかし、代替的な構成では、底面は、つなぎ部材間に放物面形状を有してもよい。

本発明の一実施の形態では、基板は、その裏面が実質的に平坦に形成されていることを特徴とする。基板の裏面が実質的に平坦に形成される場合、後の研磨の間に支持体としての役割を果たすことができ、この支持体はさらなる曲げモーメント（鏡体の後の形状に悪影響を及ぼす可能性がある）を導入しないため、そのような構成は有利である。

本発明の一実施の形態では、基板は、その外縁が実質的に閉じて形成されていることをさらに特徴とする。基板の外縁が本質的に閉じて形成されている場合、この外周はその強度にもかなり貢献する。この場合、円形のつなぎ部材によってその外縁が形成されていれば有利である。

縁を画定する円形のつなぎ部材は、直径がおよそ７００ｍｍである第１の実施の形態では、幅がおよそ３ｍｍ〜８ｍｍ、高さがおよそ７０ｍｍ〜１２０ｍｍになるのが好ましく、直径がおよそ１２００ｍｍである第２の実施の形態では、高さがおよそ１２０ｍｍ〜１８０ｍｍである。

基板の厚さと直径との比は、１：３〜１：１０の範囲、好ましくは１：５〜１：８の範囲にあり、最も好ましくはおよそ１：６±１５％であるのが好ましい。

上記処理ステップ及び基板の説明した特徴部を用いると、基板、したがって後に基板に導入される鏡体も、その自重下での最大のたるみがおよそ０．５μｍ〜３μｍに過ぎないことが達成された。したがって、基板は、鏡体がその自重下でおよそ０．５μｍ〜３μｍの最大のたるみを有することをさらに特徴とする。

この場合、基板は、その最大面すなわち主な面をほぼ水平にして、したがって３つの点において底面に対して平行に取り付けられ、この３つの点は、縁から１／３±１５％、したがって基板の直径の半分すなわち半径のおよそ２／３のところに導入された。

地球外用途の場合であっても、基板が単一の一体構造である材料ブロックから製造される場合に機械的特性の特定の利点が生じる。

基板が熱膨張が小さい材料を含むか、又は実際にはこの材料から成る場合、顕著な利点がさらにもたらされる。例えばホウケイ酸ガラスの場合のように、室温、特に摂氏０度〜５０度の範囲の温度におけるこの材料の熱膨張係数が、１ケルビン当たり４×１０^−６未満であることが好ましい。

別の特に好ましい実施の形態では、例えば石英ガラスの場合のように、室温、特に摂氏０度〜５０度の範囲の温度における熱膨張係数が、１ケルビン当たり１×１０^−６未満であることが好ましい。

最も好ましくは、ガラスセラミックが基板材料として用いられる場合のように、室温、特に摂氏０度〜５０度の範囲の温度における熱膨張係数が、１ケルビン当たり０．１×１０^−６未満である。好ましいガラスセラミックは一般に、Ｌｉ−Ａｌ−ｓｉガラスセラミックを含み、室温において特に熱膨張が小さい特に好ましいガラスセラミックとして、ショット アクチエンゲゼルシャフト（マインツ）からＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）の名称で市販されているＬｉ−Ａｌ−ｓｉガラスセラミックが使用される。

本発明の範囲は、本発明による鏡体支持体用の基板が設けられた鏡体にも及ぶ。鏡体が収容されている鏡体支持体の特性の以下の説明に関して、「反射面」又は「鏡体」の定義は、例えば１つ又は複数の金属、又は合金等の反射材料の採用を含むことができ、又は代替的に若しくは付加的に、電磁スペクトルの一部のみ又は一部に関して反射するように作用する干渉系の採用も含み得る。

鏡体の第１の実施の形態では、金属反射層が基板の面の少なくとも一部に採用されている。

鏡体の第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは代替的に又はこれに加えて、誘電反射層系又は誘電多層系が、基板の面の少なくとも一部に採用されている。

一実施の形態では、基板の反射面の少なくとも一部が平坦に形成される。

好ましい実施の形態では、基板の反射面の少なくとも一部は平坦ではなく、球形又は非球形に形成され、且つ／又は特にそのような場合、少なくともその反射面の好ましくは別の部分又は同じ部分が特に凸状若しくは凹状であるように平坦ではなく形成され得る。

本発明の別の構成では、基板の面、好ましくは反射面の少なくとも一部が平坦ではなく、特に自由な形状で形成され得る。

付加的な構成又は同様に代替的な構成では、特に基板の反射面は、回折面構造を含み得る。したがって、鏡体は、その表面、特にその反射面の少なくとも一部が回折面構造を含むことをさらに特徴とする。

この回折構造は、格子構造、及び／又は好ましくはこの場合ホログラフィック構造、特に画定位相面膨張構造（defined phase-front-expanding structure）も含み得る。

この回折構造は、例えば研削及び／又は研磨した後でリソグラフィーエッチングプロセスによって作り出すことができる。

さらに、一実施の形態において、基板又は鏡体の表面の少なくとも一部、特にその反射面の一部がフレネル構造を有する場合、本発明の範囲内に含まれる。

基板は、反射層を成すその表面で完全に閉じられることができる。かなりの機械的強度が提供される。

代替的には、基板はまた、反射層を成すその表面に開口、好ましくは中心開口を有していてもよい。

機械的強度を高めるために、好ましくはこの中心開口は内縁を有することができ、これによって実質的に閉じて形成される。有利な一実施の形態では、内縁は円形のつなぎ部材によって形成される。好ましくは、円形のつなぎ部材の幅はおよそ３ｍｍ〜８ｍｍ、高さはおよそ１０ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜４０ｍｍ、最も好ましくはおよそ３０ｍｍである。

ガラスセラミックから成る基板の実施の形態は、機械的強度が高いこと、及び過酷な環境における用途の場合に安定性があることによって、例えば宇宙旅行及び／又は地球外天文学の分野等における地球外用途にも非常に適している。特に、そのような構造形態は、例えば宇宙船のエンジンをかけて急激に揺さぶられるような荷重を受ける（これはまた特に、例えば曲げ振動等の振動、したがって自己共振振動も誘発することにつながる）際に生じる加速力の変化により非常に良好に挙動することができる。

しかし、本発明による鏡体は、地球上の用途、特に地球天文学の分野において卓越して好適であり、この理由は、鏡体の軽量化が、それらの機械的保持装置の構造の重量の低減も伴い、また、それらの調整における力の低減も伴うためである。

くぼみ部を画定する六角形の凹部を有する軽量化した鏡体支持体用の基板の本発明による第１の実施形態の、その底面から斜めに見下ろした部分切り取り断面図である。 図１に示す基板が３つの保持装置によって持ち上げられている場合、基板固有の自重により生じるたるみを示す図であり、この場合、３つの保持装置は、基板の直径の１／２すなわち半径のおよそ２／３のところで基板と接触しており、一方の図はその上面から斜めに見下ろした部分切り取り断面図であり、他方は上面（すなわち鏡面）の上面図である。 図１に示す基板の個々の六角形くぼみ部を、側部から斜めに見た、部分切り取り断面図である。 側部から斜めに見た部分切り取り断面図で示す図３に示す個々のくぼみ部の領域における鏡体板のたるみを示す図である。 くぼみ部を画定する三角形の凹部が設けられた軽量化した鏡体支持体用の基板の本発明による第２の実施形態の、その底面から斜めに見下ろした部分切り取り断面図である。 図５に示す基板が３つの保持装置によって持ち上げられている場合、基板固有の自重により生じるたるみを示す図であり、この場合、３つの保持装置は、基板の直径の１／２すなわち半径のおよそ２／３のところで基板と接触しており、一方の図はその上面から斜めに見下ろした部分切り取り断面図であり、他方は上面（すなわち鏡面）の上面図である。 本発明による第２の実施形態の基板の個々の三角形くぼみ部の領域における鏡体板のたるみを示す、側部から斜めに見た部分切り取り断面図である。 軽量化した鏡体支持体用の基板の処理ステップを示す図であり、基板の裏面には凹部が形成されており、該凹部はくぼみ部間のつなぎ部材を画定し、少なくとも部分的にＴ字形の断面を画定する、基底部となる隆起した裏面部材の形態の隆起した裏面構造部を有する。

本発明は、好ましい実施形態に基づいて添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。

以下の詳細な説明では、分かりやすくするために一定の縮尺では描かれていない図面を参照する。

まず、図１を参照すると、軽量化した鏡体支持体用の基板の第１の実施形態の部分切り取り断面図が示されており、全体的に参照符号１が付されている。

この実施形態では、基板１は、一部品としての中実材料の一枚の円盤から製造されており、したがって、実質的に丸い円盤の形状をした一体構造（モノリシック構造）である。

本発明の好ましい実施形態では、基板１は、どの時点においても異なる部分に分離されることはなく、別個の処理ステップ中であっても常に一部品のままである。

図１では底面から示されている基板１は、六角形すなわちハニカム形状のくぼみ部を画定する複数の第１の凹部２、３、４をその裏面に有する。

くぼみ部２、３、４とも記載されるこれらの第１の凹部２、３、４間にはつなぎ部材５、６が形成されており、これらのつなぎ部材がくぼみ部２、３、４を互いから分離している。

六角形のくぼみ部に加えて、さらに、この実施形態では実質的に円形の断面を有する第２の凹部７、８が基板１の裏面に導入されており、第２の凹部７、８は、くぼみ部７、８とも記載することができ、提供される保持装置を取り込むように設けられている。基板１によって画定される鏡体支持体は、後述の使用のためにこの保持装置に導入される。

第２の凹部７、８は、特に円筒形の鞘のような形状である構造を本質的に有する部材９、１０、すなわちつなぎ部材９、１０によって囲まれており、これらの部材はおよそ３ｍｍ〜６ｍｍの幅ｄ_ｓｔ１を有する。また、円筒形の鞘形状を有するこれらの部材から本質的に星形に突出するつなぎ部材はおよそ３ｍｍ〜６ｍｍの幅を有する。少なくとも円筒形の鞘形状の部材から第１のくぼみ形状凹部の端部まで星形に突出するつなぎ部材は、およそ３ｍｍ〜６ｍｍの幅を有する。

この幅の寸法と対比して、ハニカム形状のくぼみ部２、３及び４間に画定されるつなぎ部材５及び６は、２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の幅ｔ_ＨＳを有する。これらの寸法は、（横）部材の高さｈ_ｓがおよそ９０ｍｍであり、基板の全直径がおよそ７００ｍｍである基板に利用されるのが有利である。

したがって、本発明による鏡体支持体用の基板１において、異なる幅を有するつなぎ部材を使用する。すなわち、ハニカム形状のくぼみ部２、３、４を画定するつなぎ部材の第１の部分は、円筒形の凹部７、８を画定する部材９、１０の幅とは異なる幅を有する。

このように、中実材料と比較して重量をかなり低減する場合でも強度要件を満たすことができるが、これらの要件は、基板１にわたって幅が一定であるつなぎ部材を使用することによっては満たすことができない。

直径がおよそ７００ｍｍであり、高さｈ_ｄｉｓｋが本質的に９０ｍｍ〜１２０ｍｍであり、残りの鏡体支持板の厚さｈ_{ｂｏｔｔｏｍ}がおよそ４ｍｍ〜６ｍｍ、好ましくは５ｍｍである場合、中実材料の円盤と比較して、全体的に重量を８５％超低減することが可能である。

個々の場合に、例えば１２００ｍｍであるより大きい直径の場合、中実材料と比較して、８８パーセント超、最大８８．５パーセントまで重量を低減することができた。減量の定義に関しては、本明細書の導入部を参照されたい。

さらに、本発明の範囲内で、つなぎ部材の長さ範囲に沿って変化する幅を有するつなぎ部材も提供することができる。

好ましくは、円筒形の鞘のような形状の部材９、１０から星形に突出するこれらのつなぎ部材は、それらの長さ範囲に沿って変化する幅を有するため、このようにしてそれぞれの局所的な安定性の要件により良く適合する。

例えば、円筒形の鞘のような形状の部材９、１０は、隣接する六角形のくぼみ部のつなぎ部材と合流する接点にかけて広くなるように設計することができ、これらの六角形のくぼみ部のつなぎ部材もこれらの接点の領域において広くすることができ、それによって、例えばこのように基板１に保持力をより良く導入することができる。

形状が図１に示す形状と本質的に対応する別の実施形態では、基板の直径φｓはおよそ１２００ｍｍになり、つなぎ部材４、６及び部材９、１０並びに他の（横）部材の高さｈ_ｓはおよそ１４０ｍｍ〜１５０ｍｍになる。また、この実施形態では、ハニカム形状のくぼみ部のそれぞれのつなぎ部材の幅は、２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下であり、円筒形の鞘のような形状の部材９、１０及びこれらから星形に突出するつなぎ部材の幅はおよそ３ｍｍ〜５ｍｍになった。

第１の凹部の多くのものでハニカム形状にされたそれぞれのくぼみ部は、７０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは８０ｍｍ〜１１０ｍｍ、最も好ましくはおよそ９５ｍｍの対辺距離すなわちスパン幅ＳＷを有する。

スパン幅の定義をより良く理解するために、図３を参照すると、図１に示される基板１の個々の六角形のくぼみ部（参照符号３）を側部から斜めに見た、部分切り取り断面図が示されている。

つなぎ部材５、６のそれ自体の相補部分が各ハニカム形状のくぼみ部２、３及び４に割り当てられているので、結果として、つなぎ部材５、６の幅の半分のみが各個々のくぼみ形状凹部、すなわち互いに隣接して配置されるハニカム２、３及び４に割り当てられており、したがって、それぞれが対になってつなぎ部材５及び６の全幅を画定する。

したがって、スパン幅ＳＷの寸法の定義において、いずれの場合にも、つなぎ部材５、６の幅の半分のみが、基本的に、個々のハニカム形状のくぼみ部３に使用される。

くぼみ部３の開いている裏面端部に配置される隆起した裏面部材１１、１２も図３において見ることができ、これらの隆起した裏面部材は、ハニカム形状のくぼみ部２、３及び４が互いに隣接して（対で）配置されると本質的にＴ字形の断面を有し、したがって、基板１から完成した鏡体支持体の安定性にかなり寄与する。

図３からは、鏡体の反射面として設けられている表面１３の裏側の材料厚さ、したがって鏡体支持板の厚さすなわち鏡体板の厚さ（ｈ_{ｂｏｔｔｏｍ}）が、少なくともつなぎ部材５及び６間の領域において実質的に一定であることも非常に良く分かる。

しかし、代替的な構成では、つなぎ部材間の鏡体支持板１３のこの領域は、放物面となる厚さを辿る、すなわち各つなぎ部材に向かって厚くなってもよく、それによって、各つなぎ部材にさらにより良く力を導入することができる。

外縁１４は、円筒形の鞘の形状で本質的に閉じて設計され、円形のつなぎ部材１５によって形成される。

縁１４を画定する円形のつなぎ部材１５の幅は、直径φ_ｓがおよそ７００ｍｍである第１の実施形態ではおよそ３ｍｍ〜８ｍｍになり、この場合、この縁の高さｈ_ｓはおよそ７０ｍｍ〜１２０ｍｍである。

鏡体板の厚さ（ｈ_{ｂｏｔｔｏｍ}）と合わせたこの縁の高さｈ_ｓは、円盤形状の一部品の鏡体支持体が、平坦又は凹状又は部分的に凹状である鏡体支持板１３を有する限り、この支持体の厚さｈ_ｄｉｓｋである。

直径φ_ｓがおよそ１２００ｍｍであるこの実施形態のより大きいバージョンでは、円形の縁１５の高さはおよそ１２０ｍｍ〜１８０ｍｍになり、縁１４を画定するこの部材の幅はまた、およそ３ｍｍ〜８ｍｍになる。

円盤形状鏡体支持体１の厚さｈ_ｄｉｓｋと基板１の直径φ_ｓとの比は、１：３〜１：１０の範囲、好ましくは１：５〜１：８の範囲にある。最も好ましくは、基板の厚さｈ_ｄｉｓｋと直径φ_ｓとの比は、±１５％までのずれを伴っておよそ１：６の範囲にあり、基板１がその自重下で驚くほど高い剛性値を有する、すなわちたるみが極めて小さい。

しかし、図１に示す鏡体支持体が、円形の断面を有する凹部７、８と係合する、鏡体支持体用に提供される保持装置（図示せず）で担持される場合、基板には、その自重により最大およそ１μｍ〜３μｍのみのたるみが生じる。

第２の凹部７、８は、縁１４から基板半径のおよそ１／３の距離に、また基板の中心点Ｍ_ｓから半径の２／３の距離に配置される。

上述し、また後述する非円筒形の円盤形状又は柱状基板の場合、基板表面の質量中心から平均縁距離までの距離は、半径と見なされる。この場合、平均縁距離は、対称である中心軸線に対して垂直に延びる完全な円にわたって平均化することによって全ての縁距離の平均値となる。

基板１のその自重によるたるみを、本質的に形状が同様に変化する表面の形態で図２に概略的に示す。

図２の一方は、図１に示す基板１においてその自重により生じるたるみを示す、その上面を上方から斜めに見下ろした図である。この図は、自重による鏡体本体のたるみを示す。

図２の下方には、鏡体支持板１３の上面図が示されており、この図から、表面の等しいたるみがこの鏡面にわたってどのように本質的に対称的に分散するかを理解することができる。この図は鏡面のたるみを示す。

図２に示すたるみすなわち歪みは、いわゆる「等値線プロット」によって示される。各線は、１つの一定のたるみ値を示す。例えば、図２の上方の目盛りは約−１．３５μｍ（大文字「Ａ」によって示される）から約−０．０２μｍ（大文字「Ｐ」によって示される）の範囲である。より良く理解するために、等値線「Ｂ」及び「Ｏ」を上方の図に示す。後述の図４、図６及び図７にも同じ表現方法を選択する。

たるみの対称性は、図４の個々のくぼみ部３に関しても良好に認識することができ、図４は、図３において側部から斜めに見た部分切り取り断面図で示す個々のくぼみ部３の領域における鏡体板のたるみを示す。

鏡体板１３の固有の重量による本質的にハニカム形状のくぼみ部３の中心のたるみの最大値は、およそ１２ｎｍに過ぎないという驚くほど小さい最大値になる。

このように、鏡体板１３の後の処理、例えば研削及び研磨も極めて高精密に行うことができ、これは、後の鏡体の理論的形状からのずれが非常にわずかであることを意味する。

この処理の精密性は、基板１の裏面１６が実質的に平坦であるように設計されていることによりさらに高まり、それによって、基板１が処理の際に実質的に平坦な下敷上に配置されたときに、基板１は、最小限の歪みしか受けない。

別の構成では、基板１は、本明細書において示される全ての実施形態において開口１７を有してもよく、この開口１７は（基板の）ほぼ中心に配置されるのが好ましく、この場合、内縁１８によって画定されるのが好ましい。

さらに好ましい構成では、この内縁１８は、実質的に円筒形状の鞘の形に形成された円形の閉じた部材１９によって形成され、後の鏡体の光学的構成に応じて、その幅はおよそ３ｍｍ〜８ｍｍになり、その高さはおよそ１０ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜４０ｍｍ、最も好ましくはおよそ３０ｍｍになる。

そのような開口１７がない実施形態、すなわち、基板１の表面１３すなわち鏡体支持板１３の表面全体にわたって閉じている実施形態も、本発明の範囲内にある。そのような実施形態では、部材１９を省くのが好ましく、開口１７が本来あるであろう基板１の中心領域にもハニカム形状のくぼみ部を配置する。

以下では図５を参照する。図５は、軽量化し、くぼみ部を画定する三角形の凹部２’、３’及び４’が設けられた鏡体支持体用の基板１’の本発明による第２の実施形態を、底面側から斜めに見下ろした部分切り取り断面図を示す。

本発明によるこの第２の実施形態では、図１〜図４に示す本発明による第１の実施形態と同じ参照番号が付されており、以下の説明では、本発明による第２の実施形態の参照番号に、さらに１つの引用符を追加して述べる。本発明による第１の実施形態に関して前もって与えられている全ての情報は、以下で別途明記しない限り第２の実施形態及びそのそれぞれの構成要素にも適用可能である。

また、本発明による第２の実施形態では、円盤形状基板１’の７００ｍｍ又は１２００ｍｍという２つの直径φ_ｓを使用するのが好ましい。

第２の実施形態では、スパン幅ＳＷを有する六角形ハニカム形状の第１の凹部２、３及び４の代わりに、三角形のくぼみ部２’、３’及び４’を、縁の長さＫＬによりそれらの寸法を画定し、この場合、図７にも示すように、くぼみ形状凹部によって画定されるそれぞれのつなぎ部材５’及び６’の幅の半分のみを基準として使用する。

三角形のくぼみ部を有するこの第２の実施形態では、辺の長さＫＬはおよそ７０ｍｍ〜２１０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍ〜１８０ｍｍ、最も好ましくはおよそ１４０ｍｍになる。

基板１’の裏面１６’にある隆起した裏面部材１１’及び１２’を図７ではよく認識することができ、これは、例えばくぼみ部３’及び４’の場合のように互いに隣接する三角形のくぼみ部に関して本質的にＴ字形の接続断面を基板１’に画定する。

また、本発明によるこれらの実施形態の三角形くぼみ部の場合にも、それらの自重下で驚くほど小さいたるみ値しか生じなかった。

たるみを判断するために、この実施形態も、ハニカム形状のくぼみ部を有する第１の実施形態に関して既に説明したような方法で判断した。

図６は、図５に示す基板１’が３つの保持装置によって持ち上げられている場合、基板１’において生じるたるみを示し、この場合、３つの保持装置は、半径のおよそ２／３のところで基板１’と接触しているおり、一方の図はその上面から斜めに見下ろした部分切り取り断面図を示す。この図は、鏡体本体のその自重によるたるみを示す。

基板１’の上面１３’を上から見た図も図６の下側に示す。この図は、鏡面のたるみを示す。

また、この第２の実施形態では、最大たるみはわずか０．５μｍ〜３μｍにしかならず、この鏡体支持体１’は極めて機械的に安定であることも示された。

また、図７に示す個々のくぼみ部３’の場合、鏡体支持板１３’のその自重によるたるみは最大でもおよそ１２ｎｍしか生じず、それによって、既に前述した利点を全て達成することができる。

この第２の実施形態では、前述した基板１’の厚さと直径との有利な比も実現することができる。

くぼみ形状凹部２、２’、３、３’、４及び４’の製造を説明するために図８を参照するが、この図８は、軽量化した基板１、１’の製造における処理ステップを説明するのに役立つ。

凹部、特に第１の凹部２、２’、３、３’及び４、４’をまず、一部品の、したがって一体構造の円形本体の基板１、１’に、好ましくは図８のいくつかの位置に示されている回転工具２０を使用することによってその裏面１６、１６’から導入する。基板１、１’は、好ましくは円盤形状又は柱状の基本形状であるが、柱状又は円盤形状の寸法に加えて、楕円形、矩形、六角形又は八角形の本体であってもよい。

回転工具２０は、円筒形の鞘のような形状であるその外側並びにその前面２２及び裏面２３の両方に材料を除去するのに好適である砥粒構造物を担持したヘッド２１を含む。

一方で、これらの砥粒構造物は、固定砥粒が設けられた砥石車からなる。

さらに、より細かく表面処理するために、遊離砥粒でラップ仕上げすることも含み得る。

くぼみ部２、２’、３、３’及び４、４’並びにこれらの間に配置されるつなぎ部材５、５’及び６、６’をそれぞれこのように本質的にそれらの基本形状から準備した後、これらのくぼみ部の表面から材料をさらに除去するためにエッチング剤でさらに処理することができる。

このエッチング剤は、特に、基板１、１’がガラス又はガラスセラミックである場合にフッ化水素酸を含むのも好ましい。

特に好ましくは、エッチング剤は、１０体積％超のフッ化水素酸を含む。

本質的にそのようなエッチング剤を用いて材料を除去する機械的処理であるこの手順に続いて、強度を高めるために、研削又はラップ仕上げにおいて用いられる研磨材によって、くぼみ部の各表面から、その最大直径にわたって少なくとも再度材料を除去することができる。

つなぎ部材の幅を減らすために、表面の材料のこのさらなる除去は０．５ｍｍ〜４ｍｍにもなり得る。好ましくは、全てのガラス及びガラスセラミック（特に好ましい）を基板１、１’の材料として使用することができる。

例えば、摂氏０度〜５０度の範囲の温度における熱膨張係数が１ケルビン当たり４×１０^−６未満であるホウケイ酸ガラスをガラスとして使用することができる。

使用するのに特に好ましいのは、摂氏０度〜５０度の範囲における熱膨張係数が１×１０^−６未満、通常は１ケルビン当たり０．５×１０^−６である石英ガラス（溶融石英）である。

これらのタイプのガラスは、超低膨張ガラスすなわちＵＬＥガラスとも称され、例えば米国特許第５，９７０，７５１号明細書に記載されている、例えばＴｉＯ_２をドープした熱膨張係数が低い石英ガラス等のドープ石英ガラスも含み得る。

しかし、摂氏０度〜５０度の温度範囲における熱膨張係数が通常は１ケルビン当たり０．１×１０^−６未満であるガラスセラミックを使用するのが最も好ましい。

特に好ましいガラスセラミックは、例えば、独国特許出願公開第１９０２４３２号明細書、米国特許第４，８５１，３７２号明細書又は独国特許出願公開第１０２００４００８８２４号明細書に記載されているような、例えばショット アクチエンゲゼルシャフト （マインツ）のＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）等のＬｉ−Ａｌ−Ｓｉガラスセラミックを含む。

別の好ましいガラスセラミックのファミリーは、例えば米国特許第５，５９１，６８２号明細書に記載されている、クリアセラム（登録商標）の名称で株式会社オハラ（日本）から市販されているものを含む。

反射層を、鏡体支持体１、１’の表面１３、１３’の少なくとも一部に、好ましくはこの表面全体にわたって導入することができ、特に表面１３、１３’に研磨等の適切な処理ステップを繰り返し施した後でこのように製造することができる。

この反射層は、蒸着又は任意の他の好適な塗布プロセスによって導入される金属層を含んでいてもよく、続いてこの層に、好ましくは金属酸化物誘電体層であるさらに別の層を被覆して保護することができる。

金属反射層とは代替的に、又はこれに加えて、誘電反射層又はさらには誘電反射多層系を導入することができる。

それぞれの場合に目的とする光学的使用及び用途に応じて、この反射面の一部を平坦に形成するか、又は平坦ではなく、特に球形若しくは非球形に形成することができる。

このように、凸状、凹状並びに部分的に凸状及び／又は部分的に凹状である表面の幾何学的形状を作り出すことができる。しかし、表面１３、１３’の形状は、基板１、１’の裏面に凹部を導入した後で、一体構造である基板１、１’の本体から加工されるのが好ましい。

球形及び非球形の形状に加えて、例えば光学的な計算から作り出すことができる自由に形成した表面も本発明の範囲内で使用することができる。

鏡体に衝突するそれぞれの電磁波の位相面の光膨張にさらに影響を与えるために、反射面１３、１３’は、例えば収差を補正するために使用することができる回折表面構造をさらに含み得る。

このために、この回折構造は、格子構造及び／又はホログラフィック構造、特に画定位相面膨張構造を含み得る。

凹面鏡又は凸面鏡の形状である場合に、基板１、１’の膨らみを小さくするために、表面１３、１３’の複数の部分はフレネル構造も含み得る。これは当業者に既知であるため図示しない。

回折構造及びフレネル構造を同じ基板１、１’上で組み合わせて使用してもよく、本発明の範囲内にある。

本発明は、別々に説明した上記実施形態に限定されず、それぞれ説明した他の実施形態の特徴を有する実施形態も含み、そのため、上記実施形態の例は特徴を限定するためのものではなく、例示に過ぎない。

Claims (22)

1. 軽量化した鏡体支持体用の基板であって、第１の凹部及び第２の凹部が該基板の表面に導入され、その結果として該第１の凹部と該第１の凹部との間、及び該第１の凹部と該第２の凹部との間につなぎ部材が画定され、該第２の凹部は保持装置用の取り込み部を画定し、
   前記第１の凹部を画定する前記つなぎ部材の少なくとも第１の部分は、前記第２の凹部を画定する前記つなぎ部材の第２の部分とは異なる幅を有することを特徴とする基板。
2. 前記第１の凹部及び前記第２の凹部は、前記基板の裏面に導入されることをさらに特徴とする請求項１に記載の基板。
3. 前記第１の凹部を画定する前記つなぎ部材の前記第１の部分は、前記第２の凹部を画定する前記つなぎ部材の前記第２の部分よりも小さい幅を有することをさらに特徴とする請求項１又は２に記載の基板。
4. 前記つなぎ部材の少なくとも一部は前記つなぎ部材の長さ範囲に沿って変化する幅を有することをさらに特徴とする請求項１、２、又は３のいずれか１項に記載の基板。
5. 前記取り込み部を画定する前記つなぎ部材の前記第２の部分と隣接する前記つなぎ部材の前記第１の部分は、前記取り込み部から幅が減少し始めることをさらに特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板。
6. 前記第１の凹部は、六角形又は三角形のくぼみ部を画定することをさらに特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板。
7. 前記第１の凹部の多くは、本質的にハニカム形状のくぼみ部によって画定されていることをさらに特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板。
8. 前記基板の軽量化は、中実材料と比べて８５％超、好ましくは８８％超になることをさらに特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板。
9. 高さがおよそ９０ｍｍの前記つなぎ部材且つ直径がおよそ７００ｍｍの前記基板において、前記つなぎ部材の幅は、２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下になることをさらに特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の基板。
10. 高さが１４０ｍｍ〜１５０ｍｍの前記つなぎ部材且つ直径がおよそ１２００ｍｍの前記基板において、前記つなぎ部材の幅は、２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下であることをさらに特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の基板。
11. 六角形、したがってハニカム形状である前記第１の凹部の場合に、少なくとも１つのくぼみ部、好ましくはいくつかのくぼみ部は、７０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは８０ｍｍ〜１１０ｍｍ、最も好ましくはおよそ９５ｍｍのスパン幅を画定することをさらに特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の基板。
12. 三角形である前記第１の凹部の場合に、少なくとも１つのくぼみ部、好ましくはいくつかのくぼみ部は、７０ｍｍ〜２１０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍ〜１８０ｍｍ、最も好ましくはおよそ１４０ｍｍの辺の長さを画定することをさらに特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の基板。
13. 前記つなぎ部材は、少なくとも部分的にＴ字形の断面を画定する、隆起した裏面構造部、特に基底部となる隆起した裏面部材を有することをさらに特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の基板。
14. 前記鏡体の反射面用に設けられた表面の裏側の材料の厚さは、前記つなぎ部材間の領域において本質的に一定であることをさらに特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の基板。
15. 前記基板の外縁は、円形のつなぎ部材によって形成されていることをさらに特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の基板。
16. 前記外縁を画定する前記円形のつなぎ部材は、直径がおよそ７００ｍｍである第１の実施形態の場合、幅がおよそ３ｍｍ〜８ｍｍ、高さがおよそ７０ｍｍ〜１２０ｍｍであり、直径がおよそ１２００ｍｍである第２の実施形態の場合、高さがおよそ１２０ｍｍ〜１８０ｍｍになることを特徴とする請求項１５に記載の基板。
17. 前記基板の厚さと直径との比は、１：３〜１：１０の範囲、好ましくは１：５〜１：８の範囲であり、最も好ましくはおよそ１：６±１５％になることをさらに特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の基板。
18. 前記基板は、特に、地球外用途の場合には、単一の一体構造である材料ブロックから製造されることをさらに特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の基板。
19. 前記基板は、室温、好ましくは摂氏０度〜５０度の温度範囲において熱膨張が小さい材料を含み、熱膨張係数は、１ケルビン当たり４×１０^−６未満であり（ホウケイ酸ガラス）、好ましくは１ケルビン当たり１×１０^−６未満であり（石英ガラス）、最も好ましくは１ケルビン当たり０．１×１０^−６未満である（ガラスセラミック）ことをさらに特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の基板。
20. 熱膨張が小さい前記材料は、ガラスセラミック材料、特にＬｉ−Ａｌ−Ｓｉガラスセラミック材料を含むことをさらに特徴とする請求項１９に記載の基板。
21. 請求項１〜２０のいずれか１項に記載の鏡体支持体用の基板を有する鏡体。
22. 地上観測用、及び／若しくは地球天文学の分野、及び／若しくは地球外観測用、及び／若しくは宇宙旅行及び／若しくは地球外天文学の分野における、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の特徴を有する基板又は請求項２１に記載の特徴を有する鏡体の使用。

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