JP2020024416A - 高アスペクト比の鏡面体および鏡面基材、ならびに該鏡面基材を製造する方法および手段 - Google Patents
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Abstract
Description
鏡面基材は、例えば、リフレクタもしくは反射体としても知られる、いわゆる反射望遠鏡、または他の精密光学部品において使用され、高反射鏡面層を施与するための基材としての役割を果たす。
鏡面基材の質量が過度に大きい場合には、例えば該鏡面基材は特に大きな直径を有する鏡面体であることから、鏡面基材の固有の質量下で変形が発生し得、光学画像の品質が低下し得る。しかしながら一般的には、鏡面基材が小さい場合であっても、取り扱い性の向上ゆえに、軽量であることが有益である。
高品質の反射層を堆積させるためには、鏡面基材の高い表面品質が必要である。特に重要なのは、上に高反射層を堆積させる鏡面基材の鏡面の粗さである。
さらに、鏡面基材は、高抵抗性、特に高熱抵抗性でかつ熱膨張係数の低い材料から実質的に構成されていることが望ましい。適切な材料は、特にガラス、セラミック、ガラスセラミックを含む。一般的に、材料の熱膨張率は静的な方法で測定されるが、その際、特定の温度間隔の開始時と終了時に試験片の長さを測定し、これらの長さの差から膨張係数αまたはCTE(熱膨張係数)が計算される。CTEは、その温度間隔の平均として報告され、例えば、0℃〜50℃の温度間隔では、CTE(0;50)またはα(0;50)として報告される。室温付近の温度範囲での膨張がゼロである精密部品の公知の材料は、セラミック、Tiドープ溶融シリカSiO2、およびガラスセラミックである。ガラスセラミックは、特に、リチウムアルミニウムシリケートガラスセラミック(LASガラスセラミック)であり、例えば、米国特許第4,851,372号明細書(US 4,851,372)、米国特許第5,591,682号明細書(US 5,591,682)、欧州特許第587979号明細書(EP 587979)、米国特許第7,226,881号明細書(US 7,226,881)、米国特許第7,645,714号明細書(US 7,645,714)および独国特許出願公開第102004008824号明細書(DE 102004008824 A1)に記載されている。
本発明の目的は、従来技術の既知の欠陥を克服または少なくとも軽減する鏡面基材を提供するとともに、鏡面体、特に該鏡面基材をベースとする鏡面体を提供することである。また、該鏡面基材および該鏡面基材をベースとする鏡面体を製造する方法および手段も必要とされている。
− 鏡面基材は、少なくとも100、好ましくは少なくとも150、より好ましくは少なくとも200、最も好ましくは300以上の、その最大厚さに対するその横寸法の比を有する。
− 少なくとも100、好ましくは少なくとも150、より好ましくは少なくとも200、最も好ましくは300以上のアスペクト比を有し、
かつ/または
− 鏡面基材の単位面積当たりの質量が100kg/m2以下、好ましくは50kg/m2以下、より好ましくは30kg/m2以下である材料を含み、
該鏡面基材は、最大3.5μm、より良好には1.2μm未満の粗さRaを有する鏡面を有する。
少なくとも4000mmの横寸法を有する鏡面基材については、0.5mm以下、好ましくは0.1mm以下、より好ましくは0.05mm以下であり、いくつかの実施形態によれば、さらには0.025mm以下であり、
かつ/または
少なくとも2000mmの横寸法を有する鏡面基材については、0.2mm以下、好ましくは0.05mm以下、より好ましくは0.025mm以下であり、
かつ/または
少なくとも1200mmの横寸法を有する鏡面基材については、0.1mm以下、好ましくは0.05mm以下、より好ましくは0.01mm以下である。
− 鏡面基材は、少なくとも100、好ましくは少なくとも150、より好ましくは少なくとも200、最も好ましくは300以上の、その最大厚さに対するその横寸法の比を有する。
− 支持体であって、該支持体上に配置されている鏡面基材を好ましくはその全面にわたって支持するための支持体を準備する工程と、
− 熱膨張係数が1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、最も好ましくは0.05×10−6/K以下である材料から構成された鏡面基材を準備する工程と、
− 鏡面基材を支持体上に配置する工程と、
− 鏡面基材の表面、特にその鏡面の機械的再加工、特にポリシング、穿孔、研削、またはラッピングを行う工程と、を含み、
支持体を構成する材料の熱膨張係数と、鏡面基材を構成する材料の熱膨張係数との絶対値の差は、1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、より好ましくは0.05×10−6/K以下、最も好ましくは0.02×10−6/K以下である。
− 鏡面基材20は、少なくとも100、好ましくは少なくとも150、より好ましくは少なくとも200、最も好ましくは300以上の、その最大厚さに対するその横寸法の比を有し、かつ/または
− 鏡面基材20の単位面積当たりの質量は、100kg/m2以下、好ましくは50kg/m2以下、より好ましくは30kg/m2以下である。単位面積当たりの質量が15kg/m2以下であることが特に好ましい。
− 最も好ましくは、エンベロープからの支持体1の偏差は、横寸法が少なくとも4000mmである鏡面基材20の場合には、0.5mm以下、好ましくは0.025mm以下であり、かつ/または
− 好ましくは横寸法が少なくとも2000mmである鏡面基材20の場合には、0.2mm以下、好ましくは0.025mm以下であり、かつ/または
− 好ましくは横寸法が少なくとも1200mmである鏡面基材20の場合には、0.1mm以下、好ましくは0.01mm以下である。
中間体材料13、例えばフィルムは、好ましくは、エンベロープからの表面4の実際の形状の偏差と少なくとも同じ大きさの厚さを有し、
中間体材料13は、好ましくは最大200μm、好ましくは最大100μm、より好ましくは最大50μm、またはさらには最も好ましくは25μm以下の最大厚さを有する。
実施例1:
鏡面基材を、表1に示すとおりに製造した。最初に、指定された直径および厚さの鏡面ブランクを、支持体材料のブロック上に配置された中間体材料の1つ以上の層の上に配置した。これらの中間体材料は、支持体材料の縁部まで延在するチャネルを有していた。該鏡面ブランクの上面を凸形状となるように機械加工し、該鏡面ブランクを、鏡面ブランク基材の凸形状に適合する凹形状となるように表面を研削した(前述の中間体材料を有する)支持体材料のブロック上の機械加工済みのブランクとともに配置した。次いで、研削により該鏡面ブランク基材に凹形状を形成し、必要に応じて鏡面基材の厚さを薄くした。達成された表面粗さの概要を表1に示す。
5 研削工具
13 中間体材料
15 集成体
20 鏡面基材
21 20の機能表面
22 20の支持面
4 支持体の表面
Claims (18)
- 平均線熱膨張係数が1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、最も好ましくは0.05×10−6/K以下である材料を含む鏡面基材であって、
前記鏡面基材は、以下の特徴:
− 前記鏡面基材は、少なくとも100、好ましくは少なくとも150、より好ましくは少なくとも200、最も好ましくは300以上の、その最大厚さに対するその横寸法の比を有する;
− 前記鏡面基材の単位面積当たりの質量は、100kg/m2以下、好ましくは50kg/m2以下、より好ましくは30kg/m2、最も好ましくは15kg/m2以下である;
のうちの少なくとも一方を有し、
前記鏡面基材は、最大3.5μm、好ましくは1.2μm未満の粗さRaを有する鏡面を有する、鏡面基材。 - 前記鏡面基材は、50mm以下、特に20mm以下、好ましくは15mm以下、より好ましくは10mm以下、最も好ましくは2mm以下の最大厚さを有する、請求項1記載の鏡面基材。
- 前記鏡面基材は、少なくとも200mmおよび/または最大4500mmの横寸法を有する、請求項1または2記載の鏡面基材。
- 前記表面は、2nm未満、好ましくは1nm未満の粗さRMSを有し、前記鏡面基材の表面には、好ましくはポリシング仕上げが施されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の鏡面基材。
- 前記鏡面基材は、ガラスセラミック、好ましくはリチウムアルミニウムシリケートガラスセラミック、および/またはTiドープ合成シリカガラス、ならびに/またはセラミック、好ましくはコーディエライトおよび/もしくはSiCを含むセラミックを含み、前記リチウムアルミニウムシリケートガラスセラミックは、好ましくは高石英固溶体ガラスセラミックの形態である、請求項1から4までのいずれか1項記載の鏡面基材。
- 請求項1から5までのいずれか1項記載の鏡面基材と、前記鏡面基材の鏡面上の高反射層とを含む、鏡面体。
- 支持体(1)であって、該支持体(1)上に配置されている鏡面基材(20)、特に請求項1から5までのいずれか1項記載の鏡面基材(20)を、その加工および/または輸送中に、好ましくはその全面にわたって支持するための支持体(1)において、前記支持体は、1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、最も好ましくは0.05×10−6/K以下の平均線熱膨張係数を有する材料を含む、支持体(1)。
- 前記鏡面基材(20)が負荷をかけている前記支持体の表面は、湾曲形状を有し、
好ましくは、前記支持体の前記表面はエンベロープに近似され、
最も好ましくは、前記エンベロープからの前記支持体の偏差は、
横寸法が少なくとも4000mmである鏡面基材の場合には、0.5mm以下、好ましくは0.025mm以下であり、かつ/または
好ましくは横寸法が少なくとも2000mmの鏡面基材(20)の場合には、0.2mm以下、好ましくは0.025mm以下であり、かつ/または
好ましくは横寸法が少なくとも1200mmである鏡面基材(20)の場合には、0.1mm以下、好ましくは0.01mm以下である、請求項7記載の支持体。 - 前記支持体の前記表面は、中間体材料(13)、特にフィルム、好ましくはポリマーフィルムで少なくとも部分的に覆われており、
前記中間体材料(13)は、好ましくは、前記エンベロープからの前記表面の実際の形状の偏差と少なくとも同じ大きさの厚さを有し、
前記中間体材料(13)は、好ましくは最大200μm、好ましくは最大100μm、より好ましくは最大50μm、または最も好ましくはさらには25μm以下の最大厚さを有する、請求項7または8記載の支持体。 - 前記中間体材料(13)は、ポリ塩化ビニルを含む、請求項9記載の支持体。
- 前記支持体(1)の前記表面(4)は、前記中間体材料(13)で部分的に覆われており、該被覆は、前記中間体材料(13)が、間隔を空けた複数の部分の形態で前記表面(4)に施与されて、前記中間体材料の複数の部分の対称的な、好ましくは半径方向に対称的な、好ましくは4つの要素からなる半径方向に対称なパターンが画定されるように行われ、その際、前記複数の部分は、好ましくは円または楕円の形状を有する、請求項9または10記載の支持体。
- 支持体(1)および鏡面基材(20)を含む集成体であって、
前記支持体(1)は、前記支持体(1)上に配置されている前記鏡面基材(20)をその加工および/または輸送中に、好ましくはその全面にわたって支持する役割を果たし、
前記支持体(1)は、平均線熱膨張係数が1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、最も好ましくは0.05×10−6/K以下である材料を含み、
前記鏡面基材は、平均線熱膨張係数が1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、最も好ましくは0.05×10−6/K以下である材料を含み、
好ましくは、前記鏡面基材は、50mm以下、特に20mm以下、好ましくは15mm以下、より好ましくは10mm以下、最も好ましくは2mm以下の最大厚さを有し、
好ましくは、前記鏡面基材は、少なくとも200mmの横寸法を有し、
前記鏡面基材は、以下の特徴:
− 前記鏡面基材は、少なくとも100、好ましくは少なくとも150、より好ましくは少なくとも200、最も好ましくは300以上の、その最大厚さに対するその横寸法の比を有する;
− 前記鏡面基材の単位面積当たりの質量は、100kg/m2以下、好ましくは50kg/m2以下、より好ましくは30kg/m2、最も好ましくは15kg/m2以下である;
のうちの少なくとも一方を有し、
好ましくは、前記鏡面は、3.5μm以下、好ましくは1.2μm以下の粗さを有する、集成体。 - 前記支持体を構成する材料の熱膨張係数と、前記鏡面基材を構成する材料の熱膨張係数との絶対値の差は、1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、より好ましくは0.05×10−6/K以下、最も好ましくは0.02×10−6/K以下である、請求項12記載の集成体。
- 前記支持体の表面と、前記支持体の表面に負荷をかけている前記鏡面基材の表面とは、互いに相補的な湾曲を有する、請求項12または13記載の集成体。
- 前記鏡面基材(20)は、前記支持体(4)に横方向に固定されており、好ましくは、前記鏡面基材(20)は、前記支持体(4)から脱着しないように追加的に固定されている、請求項12から14までのいずれか1項記載の集成体。
- 鏡面基材(20)、特に請求項1から5までのいずれか1項記載の鏡面基材(20)の製造方法であって、前記方法は、
− 支持体(1)であって、該支持体(1)上に配置されている鏡面基材(20)を好ましくはその全面にわたって支持するための支持体(1)を準備する工程と、
− 熱膨張係数が1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、最も好ましくは0.05×10−6/K以下である材料を含む鏡面基材(20)を準備する工程と、
− 前記鏡面基材(20)を前記支持体(1)上に配置する工程と、
− 前記鏡面基材(20)の表面、特にその前記鏡面(21)の機械的再加工、特にポリシング、穿孔、研削、またはラッピングを行う工程と、を含み、
前記支持体(1)を構成する材料の熱膨張係数と、前記鏡面基材(20)を構成する材料の熱膨張係数との絶対値の差は、1×10−6/K以下、好ましくは0.1×10−6/K以下、より好ましくは0.05×10−6/K以下、最も好ましくは0.02×10−6/K以下である、方法。 - 前記支持体(1)の表面(4)および支持面(22)を、材料除去のための機械加工によって所定の表面プロファイルに従って成形し、その際、前記鏡面基材(20)の前記支持面(22)と前記支持体(1)の前記表面(4)とを、互いに相補的な形状で形成し、前記鏡面基材(20)の前記支持面(22)と前記支持体(1)の前記表面(4)とをまとめ、前記鏡面基材(20)を前記支持体(1)に固定して集成体(15)を形成し、次いで、前記集成体(15)において、材料除去のための機械加工によって、前記支持面(22)の反対側の機能表面(21)を形成する、請求項16記載の方法。
- 天文学用途、LCDリソグラフィ、および/またはマイクロリソグラフィにおける、請求項1から5までのいずれか1項記載の鏡面基材の使用。
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