JP2018104268A - レーザを用いるガラス部材の表面仕上げ - Google Patents

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Abstract

【課題】ガラス部材の表面仕上げに対する必要性が、当該技術分野においてまだ存在する。
【解決手段】方法は、ガラス基板の表面にレーザを直接当て、ガラス基板の表面を滑らかにすることを包含する。この方法は、更に、ガラス基板の平滑化された表面に反射コーティングを直接施すことを包含することができる。装置は、ガラス基板から独立した層ではないレーザ研磨面を有するチタニア−シリカガラス基板を備えることができる。この装置は、レーザ研磨面に直接設けられた反射面を有することができる。
【選択図】図１

Description

背景
１．分野
本開示は、構造体の表面仕上げ、特に、ガラス部材（例えば、チタニア−シリカガラス）の表面仕上げに関する。
２．関連技術の説明
低膨張のチタニア−シリカガラスの構造体の表面仕上げは、構造体の強度及び清浄性に影響を及ぼし得る。粗い非鏡面は、構造体を形成する機械加工、研削、ラッピング及び酸エッチング工程により作り出される。研磨は、伝統的に、ガラス研磨に伴う高コスト及び時間を必要とする機械的に及び／または化学的に行われている。
このような従来の方法及びシステムは、全体的にはその意図する目的に対して満足できると考えられてきた。しかし、ガラス部材の表面仕上げに対する必要性が、当該技術分野においてまだ存在する。本開示は、この必要性に対する解決策を提供する。
方法は、ガラス基板の表面にレーザを直接当て、ガラス基板の表面を滑らかにすることを包含する。この方法は、更に、ガラス基板の滑らかにされた表面に直接反射コーティングを施すことを包含することができる。
特定の実施形態では、この方法は、レーザを当てること（平滑化）と反射コーティングを施すこととの間のガラス基板に、光学仕上げを施し、コーティングする前の平滑化した表面の寸法精度を確保することを包含してもよい。光学仕上げは、化学的、機械的、または、他の任意の適切な手段で行ってもよい。
ガラス基板は、超低膨張ガラスから形成することができる。この超低膨張ガラスは、例えば、チタニア−シリカガラスとすることができる。ガラス基板は、単一部材とすることができる。特定の実施形態では、ガラス基板は、光学部品用基板となるように成形される。例えば、ガラス基板は、反射鏡基板となるように成形することができる。
レーザを当てることは、ガラス基板の光学的形状または特性を変えることなく、行うことを包含することができる。特定の実施形態では、レーザを当てることは、ガラス基板の表面を溶融することを包含することができる。レーザを当てることは、レーザをパルシングすることを包含することができる。特定の実施形態では、レーザを当てることは、レーザパルシングの周波数を変えることを包含することができる。レーザを当てることは、その表面の欠陥または汚染物を除去及び／または蒸発させることを包含することができる。この方法は、表面の窪みを充填することを包含することができる。特定の実施形態では、レーザを当てることは、その表面から気泡を除去することを包含することができる。
本開示の少なくとも１つの態様によると、装置は、ガラス基板から独立した層ではないレーザ研磨面を有するチタニア−シリカガラス基板を備えることができる。この装置は、レーザ研磨面に直接設けられた反射面を有することができる。レーザ研磨面は、反射面が設けられる前に、光学仕上げを行うことができる。
ガラス基板は、単一部材とすることができる。ガラス基板は、光学部品用基板となるように成形することができる。例えば、ガラス基板は、反射鏡基板となるように成形することができる。
主題の開示におけるこのシステム及び方法のこれら及び他の特徴は、図面と共に以下の詳細な説明から、当業者に容易に明らかとなる。
主題の開示に属する分野における当業者が、過度の実験を行うことなく主題の開示の装置の製造及び使用方法並びに方法が、容易に理解できるように、これらの実施形態について、特定の図を参照して以下に詳細に説明する。
ガラス基板の表面に直接当てられるレーザを示す、本開示による方法の実施形態の概略的な側面図である。 レーザによる粗面の平滑化を示す、図１の実施形態の表面の拡大した表面図である。 平滑化及びこれに反射コーティングを施した後の図１の基板の側面図である。
詳細な説明
次に図を参照すると、ここでは、同様な参照番号が同様な構造的特徴または主題の開示の態様を特定する。制限するのではなく、説明及び図示のため、本開示による方法の実施形態の説明図が、図１に示してあり、全体的に参照文字１００で示してある。他の実施形態及び／または本開示の態様は、図２及び３に示してある。ここに記載のシステム及び方法は、例えば、ガラス基板を滑らかにするために使用することができる。
図１及び２を参照すると、方法は、ガラス基板１０５の表面１０３にレーザ１０１を直接当て、ガラス基板１０５の表面１０３を滑らかにすることを包含する。レーザ出力、周波数、パルシング、及び／または、他の適切な特性は、表面１０３を除去、溶融、及び／または、蒸発して表面１０３を滑らかにするために、ガラス基板１０５の表面１０３を急速に加熱するように選定することができる。例えば、図２に示すように、レーザ１０１は、粗面１０３ｂから平滑面１０３ａを形成するように、表面１０３に沿って移動することができる。
ガラス基板１０５は、超低膨張ガラスから形成することができる。この超低膨張ガラスは、例えば、チタニア−シリカガラスとすることができる。これに関して、レーザ特性は、チタニア−シリカガラスの表面１０３を加熱するために最適化するように、選択することができる。
ガラス基板１０５は、特定の実施形態では、単一部材とすることができる。特定の実施形態では、ガラス基板１０５は、光学部品用基板となるように成形することができる。例えば、ガラス基板１０５は、反射鏡基板であるように成形することができる（例えば、軽量構造を含むように)。他の任意の適切な形状も、ここでは検討される。
特定の実施形態では、この方法は、レーザを当てること（平滑化）と反射コーティングを施すこととの間のガラス基板１０５に、光学仕上げを施し、コーティングする前の平滑化した表面の寸法精度を確保することを包含してもよい。光学仕上げは、化学的、機械的、または、他の任意の適切な手段で行ってもよい。
レーザを当てることは、ガラス基板の光学形状または特性を変えることなく、行うことを包含することができる。特定の実施形態では、レーザを当てることは、ガラス基板の表面を溶融することを包含することができる。レーザを当てることは、レーザをパルシングすることを包含することができる。特定の実施形態では、レーザを当てることは、レーザパルシングの周波数を変えることを包含することができる。レーザを当てることは、その表面の欠陥または汚染物を除去及び／または蒸発させることを包含することができる。この方法は、表面の窪みを充填することを包含することができる。特定の実施形態では、レーザを当てることは、その表面から気泡を除去することを包含することができる。
図３を参照すると、この方法は更に、ガラス基板１０５の平滑化された表面１０３ａ（光学仕上げされていようとなかろうと）に、反射コーティング１０７を直接施すことを包含することができる。反射コーティング１０７は、例えば任意の適切な反射層とすることができる。
本開示の少なくとも１の態様にしたがって、上述のように装置１００を作ることのできる方法の実施形態は、ガラス基板１０５から独立した層ではないレーザ研磨面１０３ａを有するガラス基板（例えば、チタニア−シリカで形成される）を包含することができる。図３に示すように、装置１００は、レーザ研磨面に直接設けられた反射面を有することができる。基板１０５は、例えば、上述のようにすることができる。
上述のように、実施形態は、レーザ照射により、低膨張のチタニア−シリカガラスの構造体の表面を処理する。表面仕上げは変更され、高い特性強度を有する滑らかな鏡面を生成する際、粗さ及び表面下の損傷が除去される。レーザ表面処理は、酸エッチング及び研磨に対する高速の代替手段を提供し、更に、有害な化学物質もない。処理は、大きな負荷を支えまたは高い応力集中が作用することが知られているガラス（基板または部品）の表面を容易に標的とすることができ、例えば、必要とする場所のみ（ガラス部品について、その部品の強度は、特徴的欠陥のサイズまたは最終表面仕上げの後に残される最大欠陥で決定されることが多い）を標的アプローチにおいてガラスの強度を改善する。
レーザ照射により作り出される滑らかな鏡面は、鋭い表面欠陥の減少により、より強くなる。同じ理由から、これらの表面は、清浄にすること及び清浄性を維持することがより容易となり、これは、精密装置、光学システム、宇宙システム、及び、マイクロリソグラフィー設備等のクリーンルームで使用される設備で使用されるチタニア−シリカガラス部材に対して重要であり得る。
実施形態は、高い強度及び信頼性を必要とし、一方、低熱膨張率（ＣＴＥ）、並びに／または、コーティングされた光学系、マイクロリソグラフィー、計量構造、医療システム、及び高精度計測機器等を清浄にする能力を更に必要とする構造体に使用することができる。更に、実施形態は、例えば、マイクロリソグラフィー、精密光学系、宇宙用光学系等の既に使用されているシリカ−チタニアガラスの用途に対して、より経済的なエッジ仕上げを可能とすることができる。
本開示の方法及びシステムは、上述しかつ図に示したように、例えば強度及び清浄性を包含する優れた特性を有する方法及びシステムを提供する。主題の開示の装置及び方法について実施形態を参照して図示及び説明してきたが、当業者であれば、主題の開示の精神及び範囲から逸脱することなく、変更及び／または変形し得ることは容易に理解するであろう。

Claims (20)

  1. ガラス基板の表面にレーザを直接当て、前記ガラス基板の表面を滑らかにすることを含む方法。
  2. 反射コーティングを、前記ガラス基板の平滑化された表面に直接施すことを更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記レーザを当てた後で、反射コーティングを施す前に前記ガラス基板を光学的に仕上げし、そのコーティング前に、前記平滑化された表面の寸法精度を確保することを更に含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ガラス基板は、超低膨張ガラスから形成される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記超低膨張ガラスは、チタニア−シリカガラスである、請求項４に記載の方法。
  6. 前記ガラス基板は、単一部材である、請求項５に記載の方法。
  7. 前記ガラス基板は、光学部品用基板となるように成形される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記ガラス基板は、反射鏡基板となるように成形される、請求項７に記載の方法。
  9. レーザを当てることは、前記ガラス基板の光学的形状または特性を変えることなく行うことを含む、請求項１に記載の方法。
  10. レーザを当てることは、前記ガラス基板の表面を溶融することを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記方法は、前記表面の窪みを充填することを含む、請求項１に記載の方法。
  12. レーザを当てることは、前記レーザをパルシングすることを含む、請求項１に記載の方法。
  13. レーザを当てることは、前記レーザパルシングの周波数を変えることを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. レーザを当てることは、前記表面の欠陥または汚染物を除去及び／または蒸発させることを含む、請求項１に記載の方法。
  15. レーザを当てることは、前記表面から気泡を除去することを含む、請求項１に記載の方法。
  16. チタニア−シリカガラス基板であって、前記ガラス基板から独立した層ではないレーザ研磨面を有するチタニア−シリカガラス基板、を備える、装置。
  17. 前記レーザ研磨面に直接設けた反射面を更に備える、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記ガラス基板は、単一部材である、請求項１７に記載の装置。
  19. 前記ガラス基板は、光学部品用基板となるように成形される、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記ガラス基板は、反射鏡基板となるように成形される、請求項１９に記載の装置。
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