KR20140015533A - 마그네슘 거울 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

광학 어셈블리들을 위한 저밀도 거울 및 그 제조 방법이 개시된다. 일례에서, 반사 표면을 제공하기 위해 싱글 포인트 다이아몬드 터닝된 마그네슘 또는 마그네슘 합금 기판으로 반사 거울이 형성된다. 마그네슘 또는 마그네슘 합금 기판은 거울의 표면 마감을 개선하기 위해 적용될 수 있는 박막 마감 공정 및/또는 자기 유변 마감 공정과 호환될 수 있다.

Description

마그네슘 거울 및 그 제조 방법{MAGNESIUM MIRRORS AND METHODS OF MANUFACTURE THEREOF}

본 출원은 2011년 5월 13일에 출원되어 공동 계류 중이고 발명의 명칭이 “MAGNESIUM MIRRORS AND METHODS OF MANUFACTURE THEREOF”인 미국 가출원 제61/485,939호에 대해 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체적으로 참조로서 원용된다.

고정밀 반사 거울(reflective mirror)들이 여러 광학 디바이스 및 애플리케이션에 사용된다. 정밀 금속 거울을 제조하는 한가지 기존의 기법은 알루미늄 6061-T6로서 당해 기술 분야에 공지된 바와 같은 알루미늄 합금 기판을 사용하고, 기판 상의 표면에 대한 싱글 포인트 다이아몬드 터닝(single point diamond turning; 이하 SPDT)을 이행하는 것이며, 상기 표면은 반사 표면 역할을 한다. 알루미늄 6061-T6은 주로 알루미늄이고, 아연, 크롬, 철, 마그네슘, 및 실리콘의 합금 원소를 갖는다. 알루미늄 6061-T6 합금은 경량이고, SPDT에 의해 용이하게 기계 가공(machined)되고, 우수한 장기간 안정성을 갖는다. 따라서, 이 합금은 보통 광학 디바이스를 위한 반사 거울을 생성하는데 사용된다.

양태 및 실시예들은 경량의 핸드헬드 디바이스에서 광대역 광학 성능을 제공하기 위한 표면 마감(surface finishing) 기술과 호환 가능한 저밀도 반사 거울 제조 공정에 관한 것이다. 다양한 양태 및 실시예들은 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 형성된 반사 거울, 그 제조 방법, 및 이를 사용한 광학 디바이스를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 반사 거울을 제조하는 방법은 제1 표면을 갖는 마그네슘 기판을 제공하는 단계 및 마그네슘 기판의 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하여 거울 표면을 생성하는 단계를 포함한다.

일례에서, 방법은 마그네슘 기판을 생성하기 위해 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형(thixotropically molding)하는 단계를 더 포함한다. 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형하는 단계는 기판의 제2 표면에 중량 감소(weight-reducing) 및/또는 응력 완화(stress-relieving) 특징을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제2 표면은 기판의 제1 표면의 반대측에 있다. 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형하는 단계는, 예를 들어 마그네슘 AZ91-D를 칙소트로픽 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예시에서, 방법은 마그네슘 기판을 생성하기 위해 마그네슘과 마그네슘 합금 중 하나를 주조하는(casting) 단계를 더 포함한다. 방법은 싱글 포인트 다이아몬드 터닝 후에 마그네슘 기판의 제1 표면을 마감하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기서 마감하는 단계는 거울 표면에 박막 마감층(thin-film finish layer)을 퇴적하는(depositing) 단계 및 박막 마감층을 연마하여 연마된 표면을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일례에서, 마감하는 단계는 연마된 표면에 얇은 반사층을 퇴적하여 거울의 반사 표면을 생성하는 단계를 더 포함한다. 다른 예시에서, 방법은 예를 들어, 자기 유변 마감(magnetorheological finishing)과 같은 컴퓨터 제어 연마 공정을 사용하여 마그네슘 기판의 거울 표면을 마감하는 단계를 더 포함한다. 마그네슘 기판의 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하는 단계는 자유-형태(free-form)의 싱글 포인트 다이아몬드 터닝 공정을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 거울에 반사 거울 표면을 제공하는 제1 표면을 갖는 마그네슘 기판을 포함하는 거울을 포함하는데, 마그네슘 기판은 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D이다.

일례에서, 마그네슘 기판은 마그네슘 기판의 제1 표면의 반대측에 제2 표면을 가지며, 제2 표면은 중량 감소 및/또는 응력 완화 특징들을 이용하여 구성된다. 다른 예시에서, 거울은 마그네슘 기판의 제1 표면 위에 퇴적되고, 그 표면 마감을 개선하기 위해 연마된 제2 표면을 마그네슘 기판의 반대측에 갖는 박막 마감층 및 박막 마감층의 제2 표면 위에 배치되고, 거울의 반사 거울 표면을 형성하는 반사층을 더 포함한다. 일례에서, 박막 마감층의 표면 마감은 대략 20 옹스트롬(Angstrom) RMS 미만이다.

다른 실시예에 따르면, 반사 거울을 제조하는 방법은 마그네슘과 마그네슘 합금 중 하나로 형성되고 제1 표면을 갖는 마그네슘 기판을 제공하는 단계 및 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하여 반사 거울을 생성하는 단계를 포함한다.

마그네슘 기판을 제공하는 단계는, 예를 들어 마그네슘을 주조하여 마그네슘 기판을 생성하는 단계 또는 마그네슘 기판을 생성하기 위해 마그네슘 합금(예를 들어, 마그네슘 AZ91-D)을 칙소트로픽 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 일례에서, 방법은 기판의 제1 표면에 박막 마감층을 퇴적하는 단계 및 박막 마감층을 연마하여 연마된 표면을 제공하는 단계를 더 포함한다. 방법은 연마된 표면에 얇은 반사층을 퇴적하여 거울의 반사 표면을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일례에서, 방법은 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하는 단계 전에 제1 표면을 도금하는(plating) 단계를 더 포함한다. 다른 예시에서, 방법은 예를 들어, 자기 유변 마감(magnetorheological finishing)과 같은 컴퓨터 제어 연마 공정을 사용하여 제1 표면을 마감하는 단계를 더 포함한다.

이와 다른 양태, 실시예들, 및 이들 예시적인 양태와 실시예들의 이점들이 이하 상세히 설명된다. 여기에 개시된 실시예들은 여기에 개시된 원리 중 적어도 하나에 부합하는 임의의 방식으로 다른 실시예들과 결합될 수 있으며, “일 실시예", “일부 실시예”, “대체적인 실시예”, “다양한 실시예”, “하나의 실시예” 등에 대한 언급은 반드시 상호 배타적일 필요가 없으며, 설명된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있다는 점을 나타내려는 것이다. 이러한 용어들의 출연은 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.

이하, 적어도 하나의 실시예의 다양한 양태들이 스케일대로 그려지지 않은 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 도면들은 다양한 양태들 및 실시예들의 예시 및 더 나은 이해를 제공하기 위해 포함되었으며, 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하지만, 본 발명의 제한을 정의하려는 것은 아니다. 도면들, 상세한 설명, 또는 임의의 청구항의 기술적 특징 뒤에 참조 부호가 따르는 경우, 참조 부호는 도면 및 상세한 설명의 명료성을 증가시키기 위한 목적으로만 포함된 것이다. 도면들에서, 동일한 도면 부호에 의해 다양한 도면에서 예시되는 각각의 동일하거나 거의 동일한 컴포넌트가 표현된다. 명확성을 위해, 모든 도면에서 모든 컴포넌트가 표기되지 않을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 양태들에 따른 반사 거울의 제조 공정의 일례를 예시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 양태들에 따른 선반(lathe)에서 다이아몬드 포인트 터닝되었던 복수의 마그네슘 샘플들의 이미지이다.
도 3a는 본 발명의 양태들에 따른 비반사 표면에 공학 구조적 특징들(engineered structural features)을 통합한 칙소트로픽 성형 거울 기판의 일례의 도면이다.
도 3b는 본 발명의 양태들에 따른 추가적인 구조 특징을 예시한 도 3a의 일부의 도면이다.
도 4는 본 발명의 양태들에 따른 고정밀 마그네슘 거울의 일례의 부분 단면도이다.
도 5는 시간에 따른 거울들의 광학 안정성을 입증하기 위해 본 발명의 양태들에 따른 예시적인 마그네슘 거울들에 대한 테스트 결과들을 예시한 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 양태들에 따른 입자 구조(grain structure) 및 성취 가능 표면 마감을 입증하기 위한 예시적인 칙소트로픽 성형 마그네슘 AZ91-D 거울의 일부의 이미지이다.
도 6b는 도 6a에 대응하는 줄무늬 강도 이미지(fringe intensity image)이다.
도 6c는 입자 구조를 도시한 도 6a에서 식별된 부분(310)의 확대 이미지이다.
도 6d는 도 6c에 대응하는 줄무늬 강도 이미지이다.
도 7a는 본 발명의 양태들에 따라 반사 표면의 표면 마감을 입증하기 위한 예시적인 칙소트로픽 성형 마그네슘 AZ91-D 거울의 일부의 이미지이다.
도 7b는 도 7a에 대응하는 줄무늬 강도 이미지이다.
도 8a는 본 발명의 양태들에 따라 예시적인 마그네슘 거울의 다이아몬드 포인트 터닝된 표면의 표면 마감을 예시한 이미지이다.
도 8b는 본 발명의 양태들에 따른 마감층의 적용 후 도 8a의 예시적인 거울의 표면 마감을 예시한 이미지이다.
도 8c는 본 발명의 양태들에 따라 도 8a 및 도 8b의 거울의 연마된 표면의 표면 마감을 예시한 이미지이다.
도 9a는 본 발명의 양태들에 따른 SPDT 후의 표면 마감을 예시한 마그네슘 기판의 일례의 일부의 이미지이다.
도 9b는 본 발명의 양태들에 따른 박막 마감 공정의 적용 후의 도 9a의 예시적인 기판의 표면의 이미지이다.
도 9c는 본 발명의 양태들에 따른 자기 유변 마감 후의 도 9a 및 도 9b의 예시적인 기판의 표면의 이미지이다.
도 10a는 본 발명의 양태들에 따른 SPDT 후의 마그네슘 기판의 일례의 표면의 줄무늬 강도 이미지이다.
도 10b는 본 발명의 양태들에 따른 자기 유변 마감 후의 도 10a의 예시적인 기판의 대응하는 줄무늬 강도 이미지이다.
도 10c는 본 발명의 양태들에 따른 SPDT 후의 마그네슘 기판의 다른 예의 표면의 줄무늬 강도 이미지이다.
도 10d는 본 발명의 양태들에 따른 자기 유변 마감 후의 도 10c의 예시적인 기판의 표면의 대응하는 줄무늬 강도 이미지이다.

현대식 정밀 광학 디바이스들은 레이저 거리 측정(laser ranging), 타게팅(targeting), 및/또는 지시(designation)뿐 아니라 다파장 이미징(예를 들어, 가시광선 및 적외선 이미징)을 포함하는 다양하고 상이한 기능들을 수행하도록 구성된다. 최근, 개인-휴대용(예를 들어, 핸드헬드) 다기능 다파장 광학 디바이스들의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 이들 디바이스들은 의도하거나 원하는 대로 수행하면서 용이하게 개인 휴대할 수 있도록, 온도 범위에서 광학 정렬(“보어사이트(boresight)”라고도 지칭됨)을 유지하고, 경량이고(예를 들어, 단지 몇 파운드의 중량), 대량 생산에 알맞아야 한다. 종래의 멀티-애퍼처(multi-aperture) 굴절 광학 어셈블리들은 알맞고 신뢰할 수 있게 이들 목적을 충족시킬 수 없었다. 광학 어셈블리들에서의 반사 거울의 사용은 온도에 따라 보어사이트를 유지하는 문제를 해결하지만; 부피가 큰 개인 휴대용 정밀 광학 디바이스들의 맥락에서, 종래의 알루미늄 합금 거울들은 중량 및 비용을 포함해서 여러 단점을 갖는다.

따라서, 양태 및 실시예들은 알루미늄 합금 기판 대신에, 예를 들어, 마그네슘 또는 마그네슘 합금과 같은 저밀도 기판에 대한 싱글 포인트 다이아몬드 터닝(SPDT) 공정을 이행함으로써 형성된 반사 거울들에 관한 것이다. 마그네슘은 정밀한 반사 거울들을 형성하는데 공통적으로 사용되는 알루미늄 6061-T6보다 대략 35% 정도 밀도가 낮다. 또한, 마그네슘 거울들의 실시예들은 후술되는 바와 같이 거울의 중량을 더 감소시키는 공학 구조적 특징들을 포함할 수 있다. 따라서, 마그네슘 거울들의 사용은 개인 휴대용 디바이스들에 상당한 중량 이점을 제공할 수 있다. 마그네슘 거울들은 또한 후술된 바와 같이, 알루미늄 거울에 비해 상당한 비용 이점들을 제공할 수도 있다. 여기에 설명된 예시들은 주조 또는 성형된 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 형성된 거울 기판들이 SPDT를 사용하여 제조되어 광대역 광학 표면 품질을 이룰 수 있다는 것을 입증한다. 또한, 마그네슘 거울들은 후술되는 바와 같이, 현재의 SPDT 능력 이상으로 표면 마감을 개선하기 위한 표면 마감 기법과 호환 가능한 것으로 입증된다.

여기에 설명된 방법 및 장치들의 실시예들은 본 출원에서 다음의 설명에 개시되거나 첨부 도면들에 예시된 컴포넌트들의 배열 및 구조의 상세 사항으로 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 방법 및 장치들은 다른 실시예에서 구현될 수 있으며, 다양한 방식들로 실시 또는 이행될 수 있다. 특정 구현예에서의 예시들은 단지 예시적인 목적으로 제공되며, 이를 제한하려는 것이 아니다. 특히, 어느 하나 이상의 실시예들과 함께 설명되는 단계, 요소, 및 특징들은 임의의 다른 실시예에서의 유사한 역할로부터 배제되는 것을 의도하지 않는다.

또한, 여기에 사용된 어법 및 전문 용어는 설명 목적으로서 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 여기에서 단수로 언급된 시스템 및 방법의 실시예들 또는 요소 또는 단계들에 대한 임의의 언급은 복수의 이들 요소들을 포함하는 실시예들을 포괄하며, 여기에 사용된 임의의 실시예, 요소, 또는 단계에 대한 임의의 복수적인 언급은 단일 요소만을 포함하는 실시예들을 포괄할 수도 있다. “포함하는”, “갖는”, “포괄하는”("including", "comprising", "having", "containing", "involving") 용어들 및 그 용어의 변형의 사용은 여기에 나열된 항목 및 그 균등물뿐 아니라 추가적인 항목을 아우르는 것을 의미한다. “또는”에 대한 언급은 “또는"을 사용하여 설명된 임의의 용어들이 단일, 하나보다 많은, 및 설명된 용어 전부 중 어느 하나를 표시할 수 있도록 포괄적으로 간주될 수 있다. 전후, 좌우, 상하, 상위 및 하위, 및 수직 및 수평에 대한 임의의 언급은 설명의 편의를 위한 것으로서, 현재 시스템 및 방법 또는 이들의 컴포넌트를 임의의 하나의 위치 또는 공간 배향으로 제한하지 않는다.

“마그네슘”이라는 용어는 여기에 형용사로서 사용되는 경우, 순수 마그네슘 및 마그네슘 합금 모두를 커버하기 위한 것이다. 마그네슘 합금들은 주요 또는 다수 컴포넌트로서 마그네슘을 갖는 화합물들이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 마그네슘 거울을 제조하는 방법의 일례의 흐름도가 예시된다. 이하, 제조 공정의 실시예 및 예시들은 도 1을 계속 참조하여 설명된다.

일 실시예에 따르면, 거울의 반사 표면을 제공하기 위해 기계 가공되고 옵션으로서 더 프로세싱되는 표면을 갖는 마그네슘 기판으로부터 거울이 형성된다. 일 실시예에서, 기판의 표면은 SPDT(단계 110)로서 알려진 정밀 기법을 사용하여 기계 가공된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, SPDT는 자연 또는 합성 다이아몬드-팁 싱글-포인트 절단 도구들을 구비한 선반들을 사용하여 정밀 요소들을 기계적으로 가공하는 공정이다. 다이아몬드 터닝의 공정은 (알루미늄 6061-T6과 같은) 금속, 플라스틱, 및 다른 물질들로부터 고품질 비구면 광학 요소들을 제조하는데 폭넓게 사용된다. 여기에 개시된 바와 같이, 마그네슘 및 마그네슘 합금들은 광학 품질 표면을 이루기 위해 다이아몬드 포인트 터닝될 수 있다는 점이 입증되었다. 도 2는 선반에서 다이아몬드 포인트 터닝되었던 여러 상이한 마그네슘 샘플(210)의 이미지를 예시한다. 물품(220)은 마그네슘 거울 샘플들(210)의 반사 표면들에 의한 반사를 입증하기 위해 참조로서 이미지에 존재한다.

거울의 반사 표면의 표면 마감 품질(평탄성(smoothness))은 SPDT 도구에 의해 남겨진 미세(microscopic) 특징들의 평균(RMS) 피크-투-밸리(PV:peak-to-valley)로서 측정된다. 일반적으로, 표면 마감은 3차원(3D) 백색광 스캐닝 간섭계(interferometer)를 사용하여 측정된다. 통상적으로, 알루미늄 6061-T6의 다이아몬드 포인트 터닝은 대략 80Å RMS의 표면 마감을 이룰 수 있으며, 표면 마감 품질은 아연, 크롬, 및 철과 같은 합금 원소에 의해 SPDT 후에 남겨진 결함 또는 아티팩트에 의해 제한된다. 후술되는 예시들은 마그네슘 기판들의 SPDT가 동일하거나 유사한 제조 공정들을 사용하여 알루미늄 6061-T6만큼 우수하거나 이보다 더 우수한 표면 마감을 이룰 수 있다는 점을 입증한다.

도 1을 다시 참조하면, 일 실시예에서, SPDT 공정(110)은 표면-법선(surface-normal), 또는 온-축(on-axis) 위치(position)에서 오프-축(off-axis) 거울들의 제조를 이루기 위한 자유-형태 SPDT 공정(단계 140)을 사용하는 단계를 포함하며, 이에 의해 초과 거울 벌크 중량을 제거한다. 오프-축 광학 디바이스는 개구의 광학 축이 개구의 기계 중심과 부합되지 않고, 이로 인해 광학 표면이 회전적으로 비대칭적인 디바이스이다. 회전적으로 비대칭적인 표면의 SPDT는 느린 도구 서보 디바이스(slow tool servo device)를 사용하여 이루어질 수 있다. 이러한 디바이스에서, 다이아몬드 터닝 선반은 2개의 선형 축(x축 및 z축) 및 스핀들 또는 회전 축(rotary axis)(c축)을 포함한다. 다이아몬드 도구가 선반의 z축을 따라 실장되고, 회전적으로 비대칭적인 표면을 갖는 광학 디바이스가 c축에 실장된다. 기계 가공될 광학 표면을 정의하는 광학 수식(optical equation)이 광학 디바이스의 작업 표면을 따라 다이아몬드 도구의 움직임을 제어하는 도구 경로를 생성하는데 사용된다. 도구 경로는 컴퓨터-판독가능 파일로서 인코딩되고, SPDT 기계는 컴퓨터에 의해 도구 경로를 실행하여 회전적으로 비대칭적인 광학 표면을 생성하도록 제어된다. 종래에는, 오프-축 거울들은 원심력으로 인한 변형을 극복하도록 디자인되었다. 자유-형태 SPDT를 사용함으로써, 원심력은 크게 감소하고 이에 따라 거울 디자인은 예를 들어, 후술되는 바와 같은 공학 구조적 특징들을 통합함으로써 중량을 최소화하는데 최적화될 수 있다.

SPDT 공정이 수행되는 마그네슘 기판은 예를 들어, 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 주조하고(단계 120), 마그네슘 또는 마그네슘 합금을 기계 가공하거나(단계 125), 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형함으로써(단계 130) 생성될 수 있다. 마그네슘(또는 마그네슘 합금) 기판이 생성될 수 있는 다른 방법들은 단조(forging), 스탬핑(stamping), 및 열간프레싱(hot-pressing)을 포함한다. 마그네슘 기판은 도금될 수 있으며(단계 115), 예를 들어 마그네슘을 이용하여 전해 도금되거나(electro-plated), 무전해 공정(electroless process)을 사용하여 구리 도금 또는 니켈 도금될 수 있다.

주조된 마그네슘 기판들은 SPDT를 이용하여 이루어질 수 있는 표면 마감을 제한하는 여러 공극(porosity)을 보인다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 마그네슘 기판들은 여러 애플리케이션을 위한 광학 품질로 마그네슘 기판의 표면 마감을 개선할 수 있는 일정한 표면 마감 공정들과 호환 가능하다고 입증되었다. 물질이 흐를 때는 칙소트로픽 유체들이 전단(shear)되지만 머무를 때는 걸쭉해진다. 마그네슘 합금의 경우, 칙소트로픽 성형은 사출 성형(injection molding)과 유사한 기계를 사용한다. 단일 단계 칙소 성형(thixomolding) 공정의 일례에서, (대략 4mm의 칩 사이즈를 갖는) 실온 마그네슘 합금 칩들은 (마그네슘 칩들의 산화를 막기 위해 아르곤 분위기 하에서 유지되는) 가열된 배럴(heated barrel)로 피딩되며, 여기서 반고체 상태(semi-solid state)로 가열되고, 구형 슬러리(globular slurry)를 생성하기 위해 전단력(shearing force)이 인가된다. 그 후, 슬러리는 플라스틱의 사출 성형과 유사한 성형을 위한 다이(die)로 사출될(injected) 수 있다.

마그네슘 합금들은 거울 기판들을 위한 칙소트로픽 성형에 상당히 적합하다고 알려져 있다. 거울 기판들을 위한 적절한 마그네슘 합금들의 일부 예시들은 마그네슘 AZ91-D 및 AM60B을 포함한다. 마그네슘 AZ91-D는 대략 90% 마그네슘, 9% 알루미늄, 및 극소량의 아연, 실리콘, 및 철(0.005% 미만)을 포함하는 고순도의 합금이다. 마그네슘 AZ91-D는 우수한 내식성(corrosion resistance)을 가지며, 폭넓게 이용 가능하고 상대적으로 저렴하다. 이하, 표 1은 마그네슘 AZ91-D의 예시적인 물리적 특성들을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 마그네슘 AZ91-D는 비결정질이 될 수 있는 자신의 능력으로 인해 거울 기판들을 위한 칙소 성형에 상당히 적합하며, 그 결과 후술하는 예시에서 입증된 바와 같이 그 합금을 이용하여 이루어질 수 있는 우수한 표면 마감 품질을 초래하는 잘 정제된 입자 구조가 된다. 또한, 칙소 성형 중에 합금이 고온 고압에서 합성되기 때문에(예를 들어, 대략 섭씨 560 내지 630도의 온도 및 대략 500 내지 1200 kgf/cm2의 사출 압력), 그로 인한 기판은 매우 안정적이고 밀도가 높으며, 주조 마그네슘 기판들에 존재하는 공극이 없다. 이는 또한 칙소트로픽 성형된 마그네슘 기판들을 갖는 80Å RMS 미만의 표면 마감들을 획득하는 능력에 기여한다. 나아가, 칙소 성형은 잘 개발된 저렴한 공정으로서, 이를 통해 마그네슘 기판들을 비교 대상 알루미늄 6061-T6 기판보다 훨씬 더 비용 효과적으로(특히 대량으로) 생산할 수 있다. 예를 들어, 칙소트로픽 성형된 마그네슘 거울 기판의 비용은 비교 대상 알루미늄 6061-T6 거울 기판보다 10배보다 많이 낮을 수 있다.

여기에 개시된 바와 같이, 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D 합금으로 형성된 기판들을 포함하는 마그네슘 기판들의 경우, 알루미늄 6061-T6 합금으로 형성된 기판들을 프로세싱하는 것으로 인한 도구 마모에 비해 다이아몬드 절단 도구에서의 마모가 상당히 감소된다는 점이 더 알려져 있다. 더 후술되는 바와 같이, SPDT는 15개의 칙소트로픽 성형된 마그네슘 기판에 수행되며, 그 후 더 이상 측정 가능 도구 변화가 발견되지 않는다. 이와 반대로, 도구 변화는 통상적으로 15개의 알루미늄 6061-T6 기판들을 프로세싱한 후 측정될 수 있으며, 도구 절단 경로는 도구 변화를 설명하기 위해 변형될 필요가 있을 것이다. 도구 마모는 특히 부피가 큰 디바이스의 경우 상당한 비용 요인이다. 알루미늄 6061-T6 합금 기판으로부터의 도구 마모에 기여하는 중요한 요인은 절단 도구의 다이아몬드 팁과 반응하는 합금 내의 상당량의 철의 존재이며, 이는 화학적 마모를 초래한다. 반대로, 마그네슘 AZ91-D 및 다른 마그네슘 AZ91 합금들을 포함하는 여러 마그네슘 합금들은 단지 극소량의 철(마그네슘 AZ91-D 및 마그네슘 AZ91-E에 대해 기껏해야 0.005%, 우수한 내식성(corrosion resistance)을 갖는 다른 고순도 합금)을 포함하거나, 전혀 철을 포함하지 않으며, 이로 인해 다이아몬드 팁에 대한 화학적 마모가 크게 감소된다. 또한, AZ91 계열의 합금과 같은 마그네슘 합금들은 알루미늄 6061-T6 합금보다 더 연질이고, 더 연성이고, 밀도가 더 낮으며(대략 35%), 이로 인해 절단 도구에 대한 감소된 기계적인 마모를 초래한다. (더 적은 철을 포함하는) 더 순수한 알루미늄 합금들이 이용될 수 있음에도 불구하고, 알루미늄 6061-T6은 온도 및 시간 변화에 매우 안정적이라고 입증되었으며, 이로써 현재 정밀 광학 거울들에 사용되는 가장 유명한 합금이다. 이로 인해, 알루미늄 6061-T6에 비해 감소된 마그네슘 합금들의 도구 마모는 상당한 이점이다. 그 결과, 감소된 도구 마모는 도구 교체를 위한 디바이스당 비용 감소뿐 아니라 셋업 시간 및/또는 제조 공정 중에 도구를 모니터링 및/또는 수정하는 것과 관련된 노동 비용을 감소시킬 수 있다.

칙소트로픽 성형된 마그네슘 합금을 사용하는 추가적인 이점은 성형 공정에서 사용되는 다이가 여러 형상 및 특징들 중 어느 하나를 마그네슘 기판에 부여하도록 구성될 수 있다는 점이다. 예를 들어, 도 3a를 참조하면, 지지 버팀대(320) 및 그루브(groove) 또는 리세스(recess)(330)와 같은 공학 구조적 특징들을 통합하는 마그네슘 거울(310)의 후면(즉, 비반사성 표면)의 일례가 예시되어 있다. 거울(310)의 후면은 다수의 얇은 지지 웹(web)을 가지며, 추가적인 기계 가공 비용 없이 거울에 높은 강성도(stiffness) 및 낮은 중량을 제공하도록 디자인될 수 있는데, 그 이유는 이들 특징이 용이하게 칙소트로픽 성형될 수 있기 때문이다. 또한, 거울(310)은 특징들을 통합하여 제조 신뢰성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 도 3b는 거울 기판에 SPDT 실장 응력을 감소시키기 위해 격리 절단부(340)를 포함하는 거울(310)의 일부를 예시한다. 실장 특징들은 거울 구조로 통합될 수도 있다. 이들 및 그 밖의 특징들은 칙소 성형 공정 중에 마그네슘 기판으로 용이하고 저렴하게 성형될 수 있다. 반대로, 현재 이러한 특징들을 알루미늄 거울로 기계 가공하는 것은 어렵고/거나, 매우 비싸다. 일례에서, 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D로 형성된 예시적인 구조적 특징들을 포함하고 3인치 x 3인치(75mm x 75mm)의 개구를 갖는 거울(310)은 대략 1.47 온스(42그램)의 중량을 갖는다. 이로써, 알루미늄 비한 마그네슘의 낮은 밀도 및 중량 감소 특징들을 포함하는 능력으로 인해, 마그네슘 거울들의 실시예들은 알루미늄 6061-T6로 형성된 비교 대상 거울들보다 3배 내지 4배 가벼울 수 있으며, 또한 대량 생산에 더 알맞고 표면 마감 품질과 같은 우수한 광한 특성들을 갖는다. 경량 거울들은 직접 사용되는 광학 어셈블리의 중량을 감소시킬 뿐 아니라, 경량의 짐벌(gimbal), 토커(torquer), 각도 리졸버(angle resolver), 및 광학 어셈블리를 이동시키는 다른 디바이스들을 가능하게 하며, 이는 시스템 전체의 중량을 상당히 감소시킬 수 있다.

정밀 광학 디바이스들에 사용된 거울들에 대한 중요한 고려사항은 시간 및 온도에 따른 광학 안정성이다. 후술되는 바와 같이, 적절한 열적 컨디셔닝을 이용하여 시간이 지남에 따라 마그네슘 거울들이 광학적으로 안정될 수 있고, 또한 SPDT 알루미늄 합금을 이용하여 이루어질 수 있는 것과 같거나 그보다 더 우수하게 표면 마감들이 획득될 수 있다는 점을 입증하는 실험 데이터가 획득되었다. 마그네슘이 통상적으로 광학적으로 불안정하다는 점을 고려하면 이들 결과는 예측되지 않는다. 흔히 사용되는 알루미늄 6061-T6 합금은 합금 원소로서 마그네슘을 포함한다. 특히 거울 기판이 다습 환경에 노출되는 경우, 알루미늄 6061-T6에서의 이러한 마그네슘 합금 원소는 종종 산화 및 다른 반응으로 인해 알루미늄 6061-T6 거울들의 표면에서의 결함들의 원인이 된다. 마그네슘의 알려진 매우 높은 반응성 성질과 함께 알루미늄 6061-T6 합금에서의 마그네슘의 존재에 관한 이러한 알려진 관심은 옵틱(optic)이 안정하지 않을 것이고, 수용 가능 표면 마감 품질이 이루어질 수 없다는 예상으로 인해 마그네슘으로부터 광학 구성요소를 형성하기 위한 시도들이 성공하지 못할 것이라고 제안한다.

전술한 바와 같이, 일정 실시예들에 따르면, SPDT를 사용하여 형성된 마그네슘 거울들은 표면 평탄성을 개선하기 위한 표면 마감 기법들과 호환 가능하다(단계 150). 후에 제시된 예시들은 마그네슘 기판들이 SPDT를 사용하여 적어도 대략 58 Å와 80Å 사이의 표면 마감 품질을 갖도록 생성될 수 있다는 점을 입증한다. 이러한 품질의 마감들은 다수의 애플리케이션에, 특히 반사된 관심 방사(reflected radiation of interest)가 예를 들어, 대략 3 마이크로미터보다 큰 상대적으로 긴 파장을 갖는 애플리케이션에 적당히 낮은 스캐터(scatter)를 제공한다. 더 짧은 파장의 경우, 예를 들어 가시광선을 사용하는 애플리케이션들의 경우, 표면 마감은 충분히 낮은 스캐터를 이루기 위해 개선될 필요가 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 일부 주조 마그네슘 기판들은 적어도 일부 애플리케이션에서 SPDT 후에 충분히 우수한 표면 마감을 갖지 못할 수 있고, 이에 따라 표면 마감을 개선하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 마감 공정(단계 150)은 거울의 표면 마감을 개선하기 위해 SPDT 후에 적용될 수 있다.

SPDT를 이용하여 통상적으로 이룰 수 있는 80 내지 90Å RMS 이상으로 개선되는 표면 마감 품질을 갖는 알루미늄 거울을 생성하는 하나의 공정은 여기에 전체적으로 참조로서 통합되어 있는 미국 특허 제6,921,177호에서 설명된다. 이러한 공정은 박막 기법들을 사용하여 거울 기판의 표면 위에 박막 마감 층을 형성하는 단계 및 마감층의 표면을 연마하는 단계를 포함한다. 그 후, 마감층의 연마된 표면에 얇은 반사층이 형성된다. 옵션으로서, 얇은 오버코트(overcoat)가 반사층 위에 도포되어 반사층을 보호하고/하거나 선택된 파장 대역 내에서 반사도(reflectance)를 증가시킬 수 있다.

특정 예시에서, 미국 특허 제6,921,177호에 설명된 마감 공정의 실시예들은 다이아몬드 터닝된 마그네슘 거울에 적용되어 표면 마감을 개선한다. 도 4를 참조하면, 고정밀 마그네슘 거울(410)의 일례의 부분 단면도가 예시되어 있다. 거울(410)은 전술한 바와 같이 주조되거나 칙소트로픽 성형된 마그네슘 또는 마그네슘 합금(예를 들어, 마그네슘 AZ91-D)으로 형성된 기판(420)을 포함한다. 기판(420)은 전술한 바와 같은 SPDT를 사용하여 프로세싱되는 표면(430)을 갖는다. SPDT 공정(단계 110)이 완료된 후, 마감층(440)은 예를 들어, 박막 증착(thin-film vapor deposition)을 사용하여 표면(430)에 퇴적된다(단계 160). 미국 특허 제6,921,177호에 설명된 바와 같이, 마감층(440)은 예를 들어, 니켈-크롬 합금 또는 비정질 실리콘을 포함하는 연마될 수 있는 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있다. 마감층(440)은 대략 5000Å의 두께를 가질 수 있다. 마감층(440)이 얇기 때문에, 그 상부 표면(450)은 초기에 SPDT 표면(430)에 적어도 어느 정도 따를 것이다. 따라서, 단계 170에서, 표면(450)은 연마된다. 그 후, 예를 들어, 박막 증착 기법들을 사용하여 얇은 반사층(460)이 연마 표면(450)에 형성된다(단계 180). 미국 특허 제6,921,177호에 설명된 바와 같이, 얇은 반사층은 임의의 적절한 반사 물질, 예를 들어 은, 금, 또는 알루미늄을 포함할 수도 있다. 반사층은 대략 2000 내지 5000Å의 두께를 가질 수 있다. 반사층(460)은 방사(480)를 반사할 수 있는 고정밀 반사 표면(470)을 제공한다. 반사층(460)이 박막층이기 때문에, 그 표면은 연마된 표면(450)에 적어도 실질적으로 따를 것이다.

다른 실시예에 따르면, 마그네슘 거울의 표면 특징(Surface Figure)은 SPDT 공정 후에 자기 유변 마감을 거울 표면에 적용함으로써(단계 190) 현재의 다이아몬드 포인트 터닝 능력들을 넘어 개선될 수 있다. 다른 예시에서, 예를 들어 자기 유변 마감과 같은 컴퓨터 제어 연마(CCP:computer controlled polishing)는 베어(bare) 또는 도금된 마그네슘 기판에 직접 적용될 수 있다(도 1의 단계 115 다음). 자기 유변 마감(MRF:magnetorheological finishing)은 컴퓨터 제어 정밀 표면 마감 공정이다. 전술한 바와 같이, SPDT 공정 후의 거울 표면 마감은 간섭계로 측정될 수 있다. MRF는 간섭계 데이터를 사용하여, 광학 표면이 피크-투-밸리 변화(peak-to-valley variation)를 감소시키기 위해 선택적으로 기계 가공되게 하는 광학 표면의 제거 맵(removal map)을 특징으로 한다. MRF 공정은 간섭계로 제어된 자기 유변(MR: magnetorheological) 마감 슬러리(finishing slurry)(캐리어 필드(carrier field)에서 카르보닐 철(carbonyl iron)로 구성된 마이크로미터 사이즈의 자기 입자들의 서스펜션(suspension))를 연마 도구로서 사용한다. MR 슬러리의 얇은 리본이 회전 휠(rotating wheel) 위로 당겨진다. 휠 아래의 전자석은 MR 슬러리를 수 밀리초 내에 강화되게 한다. MR 슬러리는 전자석의 전자기장을 떠남에 따라 원래의 점도(viscosity)로 돌아온다. MR 슬러리에 대해 광학 표면을 압축함으로써 일어나는 전단 응력은 광학 표면에 대한 연마 압력을 생성한다. 컴퓨터 제어 알고리즘은 간섭계로 특징되는 제거 맵을 생성하고, MR 슬러리의 드웰 시간(dwell time) 및 위치를 계산하여 기판 표면의 선택된 부분들의 결정적 제거를 달성하여 표면을 연마하고 마감된 기판의 표면 특징을 “평탄화”한다. MRF 또는 다른 CCP 방법들은 마그네슘 기판에 단독으로 적용되거나 전술한 박막 마감 공정과 함께 적용될 수 있다.

예시들

이들 및 다른 실시예들의 기능 및 이점들은 다음의 예시들로부터 더 완전히 이해될 것이다. 이들 예시는 사실상 예시적인 것으로서 여기에 설명된 시스템 및 방법들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 이하 설명될 각각의 예시에서, SPDT는 (뉴 햄프셔 주 Keene 소재의) Precitech 사에 의해 생성된 Precision 350 SPDT 선반을 사용하여 구면 마그네슘 기판에 대해 수행되었다. 여러 거울들이 다이아몬드 포인트 터닝되고, (예시 1에 후술되는 바와 같은) 열적 컨디셔닝되고, 마감되었다. 이들 거울을 위한 데이터 및 테스트 결과들은 이하 예시들에 제공된다. 후술될 프로세싱 기판들의 이미지들은 (코네티컷 주 Middlefield 소재의) Zygo Corporation 사에 의해 생성된 간섭계를 사용하여 촬영되었다. 거울 표면들은 구면 형상을 가져서 간섭계 테스트를 용이하게 하며, 이하 예시 1에 설명된 장기간 안정성 테스트의 결과들을 왜곡할 수 있는 측정 오류들을 최소화한다.

예시 1

전술한 바와 같이, 장기간 광학 안정성은 정밀한 광학 거울들을 위한 중요한 기준이다. 따라서, 가속된 장기간 안전성 테스트는 이들의 광학 안정성을 판단하기 위해 예시적인 마그네슘 거울들에 수행되었다. 15개의 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D 거울들이 다이아몬드 포인트 터닝되어 3개의 그룹으로 분할된다. 이들 거울 중 12개(3개의 그룹 각각으로부터 4개)는 3개의 상이한 컨디셔닝 사이클/공정을 사용하여 컨디셔닝되며, 이는 각각의 거울 그룹에 적용된다. 12개의 거울은 225°F 내지 -30°F까지 열적 사이클링되어, 각각의 10개의 사이클 다음에 간섭계로 다시 테스트된다. 거울들에 대한 테스트 결과의 그래프를 도시하는 도 5를 참조하면, 컨디셔닝 사이클들은 핫/콜드(hot/cold) 테스트(데이터 포인트(510)), 소크(soak) 테스트(데이터 포인트(520)), 및 극저온(cryogenic) 테스트(데이터 포인트(530))를 포함한다. 각각의 테스트는 IEST(Institute of Environmental Sciences and Technology)에 의해 공포된 MIL-STD-810, 리비전 “G”에 특정된 바와 같이 10개의 온도 사이클에서 수행되었다.

거울을 위한 목표 사양은 대략적으로 λ/33의 RMS 파면 오차에 대응하여 0.030의 목표 최대치를 갖는 RMS 표면 특징(실제 옵틱과 그 이상적인 표면 사이의 편차) 측면에서 주어진다. 도 5에 예시된 바와 같이, 데이터는 마그네슘 AZ91-D 거울들이 시간에 따라 광학적으로 안정적일 수 있다는 점을 입증한다.

예시 2

이 예시는 마그네슘 AZ91-D로 형성된 칙소트로픽 성형된 마그네슘 기판에 SPDT를 적용하는 개시된 접근법을 입증한다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, SPDT 후에 예시적인 거울의 표면의 미세 뷰의 예시적인 이미지들이다. 도 6a는 거울의 반사 표면의 일부의 확대 이미지(대략 20×의 배율)를 예시한다. 표면 마감은 대략 90Å으로 측정되었다. 알루미늄 6061-T6 기판들에 대해 대략 80 내지 90Å RMS의 표면 마감이 통상적이다. 이로 인해, 이 예시는 알루미늄 6061-T6 합금과 적어도 동일한 표면 마감 품질이 칙소트로픽 성형 마그네슘 AZ91-D 합금을 이용하여 이루어질 수 있다는 점을 입증한다. 도 6a 및 도 6b에 존재하는 터닝 마크들(620)은 SPDT 공정과 관련되어 있으며, 이 예시 거울이 냉각수 없이 “에어(air)만”으로 절단되기 때문에 생성되었으며, 이로써 소형 “마찰 유도” 툴링 슬리크("friction induced" tooling sleek)들이 냉각수 윤활의 부족으로 인해 존재한다.

도 6c는 경계(610) 내에서 도 6a의 부분의 더 확대된 이미지(대략 100×의 배율)이다. 도 6d는 표면 마감에서 피크 및 밸리를 예시한 대응하는 이미지이다. 도 6c를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 소량의 입자 구조가 있는데, 그러나 이 예시는 30Å RMS에 접근하는 표면 마감들이 마그네슘 AZ91-D 합금으로 이루어질 수 있다는 점을 입증한다.

예시 3

이 예시는 마그네슘 AZ91-D로 형성된 칙소트로픽 성형된 마그네슘 기판에 SPDT를 적용하는 개시된 접근법을 더 입증한다. 이 예시에서, 윤활을 제공하고 예시 2에 존재하는 “슬리킹(sleeking)”(예를 들어, 터닝 마크들(620))을 제거하는데 냉각수(무취의 미네랄 스피릿(odorless mineral spirits))가 사용되었다. 또한, 이 예시에서 사용된 거울 기판은 전술된 바와 같이 후면에 있는 공학 구조적 특징들을 이용하여 형성되었다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 예시적인 칙소트로픽 성형 마그네슘 거울 기판의 반사 표면의 일부의 예시적인 이미지들이 존재한다. 이 예시에서, 대략 58Å RMS의 표면 마감이 이루어졌다. 표면 마감 품질의 이러한 레벨은 알루미늄 6061-T6 기판들에 대해 통상적으로 이루어지는 것보다 20 내지 30% 우수하고, 여러 애플리케이션에 대해 충분히 낮은 스캐터를 제공할 수 있으며, 이로써 추가적인 마감 공정들을 수행할 필요성을 감소 또는 제거한다.

예시 4

전술한 바와 같이, 다이아몬드 터닝된 거울 기판들 중 선택된 기판들은 여기에 설명된 공정들을 사용하여 마감되었다. 이 예시는 미국 특허 제6,921,177호에 설명된 마감 공정의 일 실시예와 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D로 형성된 거울 기판의 호환성을 입증한다. 다이아몬드 터닝된 표면 위에 적용된 마감 층은 실리콘으로 형성되었고, 두께가 약 12,000Å이었다. 마감층이 연마되어, 전술한 바와 같이 거울 표면을 형성한다.

도 8a 내지 도 8c는 전술한 바와 같이 형성된 예시적인 거울의 일부의 이미지들을 예시한다. 실험 데이터는 전술한 마감 공정과 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D 기판의 호환성을 입증한다.

도 8a는 마감 단계들 160 내지 180 전에 예시적인 거울의 다이아몬드 포인트 터닝된 표면(430)의 표면 마감을 예시한다. 표면은 대략 80Å RMS의 표면 마감을 갖는다.

도 8b는 마감층의 적용 후 연마 단계 170의 전에 예시적인 거울의 표면(450)의 표면 마감을 예시한다. 표면은 대략 80Å RMS의 표면 마감을 여전히 가지며, 불리한(adverse) 물질 또는 공정 상호작용이 존재하지 않는다.

도 8c는 연마 단계 180 후의 표면 마감을 예시한다. 이제, 거울의 표면은 대략 13Å RMS의 표면 마감을 가지며, 마그네슘 기판이 미국 특허 제6,921,177호에 설명된 표면 마감 기법들과 호환 가능하여 이례적인 표면 마감 품질을 이룬다는 점을 입증한다.

예시 5

개시된 접근법들은 전술한 박막 마감 공정의 적용 후 예시적인 마그네슘 거울 기판들에 대해 자기 유변 마감을 적용함으로써 더 입증되었다. 이 예시에서, 예시 4에 전술된 바와 같이, SPDT 후에, 실리콘으로 형성되고 두께가 대략 12,000Å인 마감층이 적용되었다. 마감층은 서브-마이크론 다이아몬드 슬러리를 사용하여 사전 연마되었으며, 그 후 자기 유변 마감이 연마된 표면에 적용되어 표면 특징 및 마감을 개선하였다. 도 9a 내지 도 9c 및 도 10a 내지 도 10d에 예시된 바와 같은 실험 데이터는 MRF 공정과 마그네슘 기판의 호환성을 입증하였다.

도 9a는 예시적인 거울의 다이아몬드 포인트 터닝된 표면의 표면 마감을 예시한다. 표면은 전술한 예시들과 유사하게, 대략 80Å RMS의 표면 마감을 갖는다. 도 9b는 전술한 박막 퇴적 단계 160 및 사전 연마 단계 170 후 예시 거울의 표면 마감을 예시한다. 표면은 대략 20Å RMS의 표면 마감을 갖는다. 도 9c는 MRF 공정이 또한 표면에 적용된 후의 표면 마감을 예시한다. MRF 공정은 거울의 표면 마감을 대략 10Å RMS로 개선한다. 이에 따라, MRF 및/또는 박막 마감 공정들은 표면 마감을 20Å RMS 미만으로 개선하고, λ/20 미만의 표면 특징을 개선하기 위해 마그네슘 거울 기판들에 적용될 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 예시적인 거울들 중 2개를 위한 추가 실험 데이터를 예시한다.

도 10a는 SPDT 공정 후 및 전술한 박막 마감층의 적용 후에 제1 예시 마그네슘 기판의 표면의 이미지이다. 도 10b는 MRF의 적용 후 동일한 예시 마그네슘 기판의 표면의 대응하는 이미지이다. 이 예시에서, MRF 공정은 표면 특징을 대략 λ/100로 개선하였다.

도 10c는 SPDT 공정 후 및 전술한 박막 마감층의 적용 후에 다른 예시 마그네슘 기판의 표면의 이미지이다. 도 10d는 MRF의 적용 후 동일한 예시 마그네슘 기판의 표면의 대응하는 이미지이다. 이 예시에서, MRF 공정은 표면 특징을 대략 λ/80로 개선하였다.

이들 예시는 마그네슘 기판이 SPDT를 사용하여 광학 품질 거울 표면을 이루기 위해 가공될 수 있다는 점을 입증한다. MRF를 포함하는 표면 마감 공정들은 SPDT를 이용하여 현재 이루어질 수 있는 것을 넘어 표면 마감 및/또는 표면 특징을 개선하기 위해 적용될 수 있다. 마그네슘 기판들은 시간에 따라 광학적으로 안정하다고 입증되었고, 중량을 최적화하기 위해 비용 효율적으로 디자인되어 정밀 개인 휴대 광학 디바이스들에 적합하게 할 수 있다.

적어도 하나의 실시예의 여러 양태들에 대해 전술하고 있지만, 다양한 변경, 변형, 및 개선이 용이하게 당업자에게 일어날 것이라는 점이 이해되어야 한다. 이러한 변경, 변형, 및 개선은 본 개시물의 일부로서 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 전술한 설명 및 도면들은 단지 예시로서 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 이들의 균등물들의 적절한 구성으로부터 판단되어야 한다.

Claims (22)

1. 반사 거울(reflective mirror)을 제조하는 방법으로서,
   제1 표면을 갖는 마그네슘 기판을 제공하는 단계; 및
   상기 마그네슘 기판의 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝(single point diamond turning)하여 거울 표면을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 기판을 생성하기 위해 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형(thixotropically molding)하는 단계를 더 포함하는, 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형하는 단계는 상기 기판의 제2 표면에 중량 감소 특징들(weight-reducing features)과 응력 완화 특징들(stress-relieving features) 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 기판의 제1 표면의 반대측에 있는, 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 마그네슘 합금을 칙소트로픽 성형하는 단계는 마그네슘 AZ91-D을 칙소트로픽 성형하는 단계를 포함하는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 기판을 생성하기 위해 마그네슘과 마그네슘 합금 중 하나를 주조하는(casting) 단계를 더 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 싱글 포인트 다이아몬드 터닝 후 상기 마그네슘 기판의 제1 표면을 마감하는(finishing) 단계를 더 포함하고,
   상기 마감하는 단계는,
   상기 거울 표면에 박막 마감층(thin-film finish layer)을 퇴적하는 단계; 및
   상기 박막 마감층을 연마하여 연마된 표면을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 연마된 표면에 얇은 반사층을 퇴적하여(depositing) 상기 거울의 반사 표면을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 컴퓨터 제어 연마 공정을 사용하여 상기 마그네슘 기판의 거울 표면을 마감하는 단계를 더 포함하는, 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 거울 표면을 마감하는 단계는 상기 거울 표면을 자기 유변 마감(magnetorheologically finishing)하는 단계를 포함하는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 기판의 제1 기판을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하는 단계는 자유-형태(free-form)의 싱글 포인트 다이아몬드 터닝 공정을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
11. 광학 장치로서,
    거울에 반사 거울 표면을 제공하는 제1 표면을 갖는 마그네슘 기판을 포함하는 거울을 포함하며, 상기 마그네슘 기판은 칙소트로픽 성형된 마그네슘 AZ91-D인, 광학 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 마그네슘 기판은 상기 마그네슘 기판의 제1 표면의 반대측에 제2 표면을 갖고, 상기 제2 표면은 중량 감소 특징들과 응력 완화 특징들을 중 적어도 하나를 이용하여 구성되는, 광학 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 거울은,
    상기 마그네슘 기판의 제1 표면 위에 퇴적되고, 표면 마감을 개선하기 위해 연마된 제2 표면을 상기 마그네슘 기판의 반대측에 갖는 박막 마감층; 및
    상기 박막 마감층의 제2 표면 위에 배치되고, 상기 거울의 반사 거울 표면을 형성하는 반사층을 더 포함하는, 광학 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 박막 마감층의 표면 마감은 대략 20 옹스트롬(Angstrom) RMS 미만인, 광학 장치.
15. 반사 거울을 제조하는 방법으로서,
    마그네슘과 마그네슘 합금 중 하나로 형성되고 제1 표면을 갖는 마그네슘 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하여 상기 반사 거울을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 마그네슘 기판을 제공하는 단계는 마그네슘을 주조하여 상기 마그네슘 기판을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 마그네슘 기판을 제공하는 단계는 상기 마그네슘 기판을 생성하기 위해 마그네슘 AZ91-D를 칙소트로픽 성형하는 단계를 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 기판의 제1 표면에 박막 마감층을 퇴적하는 단계; 및
    상기 박막 마감층을 연마하여 연마된 표면을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 연마된 표면에 얇은 반사층을 퇴적하여 상기 거울의 반사 표면을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
20. 제15항에 있어서, 상기 제1 표면을 싱글 포인트 다이아몬드 터닝하는 단계 전에 상기 제1 표면을 도금하는(plating) 단계를 더 포함하는, 방법.
21. 제15항에 있어서, 컴퓨터 제어 연마 공정을 사용하여 상기 제1 표면을 마감하는 단계를 더 포함하는, 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 제1 표면을 마감하는 단계는 상기 제1 표면을 자기 유변 마감하는 단계를 포함하는, 방법.

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