[发明专利]用于光学反射镜的由复合材料制造的镜背载体及其制造方法

说明书

本发明涉及一种镜背载体(1)，其包含具有用金刚石颗粒增强的铝复合材料的镜主体(2)和设置在镜主体(2)上的抛光层(3)。所述铝复合材料中的金刚石颗粒的含量为5质量％至50质量％，并选择成使镜主体(2)的线性热膨胀系数适应于抛光层(3)的线性热膨胀系数。本发明还涉及镜背载体(1)的制造。

本发明涉及一种由复合材料制造的镜背载体，特别是用于光学反射镜例如金属反射镜的镜背载体。本发明还涉及制造镜背载体的方法。

本申请要求德国专利申请DE 10 2018 111 212.2的优选权，其公开内容通过引用并入本文。

在光学测量和信号技术中，对于具有复杂表面的反射镜(例如自由曲面光学元件、非球面镜)有着强烈的需求，在其成型精度方面提出了很高的要求。同时，该反射镜应该有低重量和高刚度的特点。反射镜一般包括具有所需的表面的镜背载体，在该表面上设置一个或多于一个反射层。优选地通过物理气相沉积，例如通过溅射、气相沉积、离子辅助镀膜或原子层沉积来施加至少一个反射层。

例如用金刚石工具加工由如铝、铜或黄铜制造的镜背载体，直至获得所需的表面形状。因此，众所周知的超精密机械加工的方法，例如金刚石车削或铣削，提供了制造金属光学元件例如球面、非球面或自由曲面的可能性，该金属光学元件在元件直径为100mm时的形状偏差(PV)小于200nm并且粗糙度(RMS)为2nm至5nm。通过使用机械加工，可获得的粗糙度和表面形状偏差限于可足以用于红外光谱范围内但不足以用于更短的波长的值。

已知可以通过精细或校正抛光来降低粗糙度和表面形状偏差。为了这个目的，使用进行了抛光的具有镜主体的镜背载体，镜主体例如由具有抛光层的铝制造，例如由非晶态镍磷合金制造。

对于镜主体和抛光层的材料，参考不同的热要求、机械要求或生产要求来选择。镜主体，尤其用于可移动的光学反射镜的镜主体，应该是轻的并且尺寸稳定，抛光层必须是可抛光的并且对环境条件(氧气、湿度)是惰性的。由于这个原因，镜主体和抛光层通常由不同的材料制造。

结合不同材料的缺点可能是在线性热膨胀系数方面有相当大的差别。例如，通常用作基体的铝合金Al6061(参见例如WO 2004/077114 A1、US 6350176 B1)的热膨胀系数是23.8×10^-6/K，而NiP抛光层的热膨胀系数一般是13.5×10^-6/K。

当带有这种镜背载体的光学反射镜在使用过程中经受热循环时，不同的热膨胀系数造成如在双金属元件中的变形或应力，这会严重损害光学功能，甚至可能导致功能失效。

由于镜主体的机械需求，目前只有一些材料可用于镜背载体。除了以上提到的铝合金Al6061，这些还包括其他铝合金以及铍和铍合金。铍的使用是有疑问的，因为氧化铍是有毒的并且原材料非常贵。实际上，为了避免上述线性热膨胀系数的不匹配，到目前为止已经尝试了由线性热膨胀系数与镜主体的热膨胀系数相匹配的材料来生产抛光层。这种理念的缺点是，在抛光常用于抛光层的材料如NiP时获得的经验不能轻易地转移到抛光其他材料上。此外，该抛光层必须与沉积在其上的反射层的材料兼容。

DE 10 2005 026 418 B4描述了将带有硅颗粒的铝复合材料用于光学元件，其涂有非晶态的NiP抛光层。

需要解决的一个问题是提供改进的镜背载体，其包括尤其是改进的尺寸稳定性和温度稳定性、应用于反射镜移动的足够低的质量密度和高的机械稳定性。此外，用于镜背载体生产的合适的方法应该是详细说明的。

这些问题通过根据独立权利要求的镜背载体和方法来解决。本发明的有利实施方案来自独立权利要求。