Gjuta egen honeycomb spegel !

Frågor rörande optik, linser, speglar, okular etc.
Användarvisningsbild
AstroFriend
Inlägg: 4069
Blev medlem: 2012-12-17 13:30:45
spamtest: JA
Ort: Stockholm
Kontakt:

Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav AstroFriend » 2017-09-15 16:04:43

Idag när jag letat efter information om Wynne corrector så sprang jag på denna helt fantastiska video.

Han gjuter sina egna honeycomb speglar !

https://youtu.be/MsaXhIAe_Q0

Har någon överhuvudtaget försökt sig på att gjuta en spegel?

Känns med ens lite futtigt med mina egna bygg projekt :-)

Uppdatering OLSO projektet:
På skärmen ligger nu mitt första Newton designat i OSLO. Men oj vad mycket att lära för att ens förstå sig på OSLO.

/Lars
Camera: Canon EOS 5D/6D
Mount: EQ6
Telescope: TS130 APO
Samt en massa tålamod!

Homepage: http://www.astrofriend.eu
Håkan N
Inlägg: 1018
Blev medlem: 2014-12-15 16:26:17
spamtest: JA
Ort: Falun

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav Håkan N » 2017-09-15 16:36:51

Lars,

Det är en från Norge som jag träffat på VSP som gjutet en sån mindre som Joel ska/håller på slipa ( ev ca 12" )
Tyckte den såg rätt ok ut.
( han hade tydligen gått på en kurs att forma/jobba med glas, vs tillgång till en ugn )
Säkert ca halva vikten mot en plano lika tjock, och på detta sätt blir styvheten betydligt bättre eftersom man kan gör den tjockare ändå lätt, och ytan blir ju tunn så cool-off blir snabb.
Givetvis en bra ide.
I USA säljs de inte mot ATM marknaden för det tar längre tid att slipa vs ytan är tunn vs tryck vs sk 'Print Through'.
Så snacket är i full gång varför dom inte fungerar, bara kolla på CN ( att dom orkar )
Fönsterglas är nog helt ok men Pyex är ju 3 gånger bättre i ppm, men i detta fall spelar det ingen roll.
Problemet är det lätt blir bubblor i gjutningen, men efter några försök så..
Blir speglarna större är det ingen lek. Blir de lätta är ytan tunn och kräver sin tid på slipningen, och då fungerar inte fönsterglas vs värmen.

Det finns flera företag, men ex Dream cellular jag har haft en hel del kontakt med har ju vigt sitt liv/företag i detta med design, special ugnar, ( och lärt sig avkylningen vs det lätt spricker då ) CNC styrda laserskärare för formar, och slipnings teknik osv, så efter 20 år har Shane en del erfarenheter.
Pocketmill i ZTE är extremt dyrt, vs gjuta blir 'billigt'.
Innan Dream hade eget sliperi använde han bla MLO men det upphörde. ( hört båda versionerna )
Sliperi branschen i USA är otroligt konservativ på ATM nivån vs också 'pris lägsta'. ( ett par tusen dollar ex på en 12" och det anses vara en orimlighet )
Kinesernas mjuggiga yta har därmed tagit marknaden, men det blir avkall genom disig bakgrund och utan kontrast. ( men man får vad man betalar för )
Men det Lowrey sa mig i Oregon sist ; ( mirror contrast and jet-black sky is what it's all about ) och jag håller med.
Men det finns inga pengar i detta då de vänder sig till privata ekonomier, där ofta ett okular i lite bättre kvalitet anses för dyrt.
( Så hörde jag även från AstroSweden vs sälja TV viket inte fungerat här )

En berättade för mig hur flera Dobson teleskops tillverkare gör.
De har nära ingen UTA clearance pga kortare L-mått som i sin tur ger en mindre diagonal. Detta ger skymning, men få vet eller ser det ( eller bryr sig ) och diagonalerna är massproducerat från Kina i usel tolerans.
Inte en dollar extra är lagt i på detta.
Är ett teleskop 100 USD dyrare än nån annan kommer snacket igång, men om nån annan har en korrekt UTA clearance och en anpassad diagonal med en högre tolerans och är dyrare blir dennes teleskop inte värt det, vs det är för dyrt.

Det blir jobbigt att ens höra om sånt här snikenhet och feldesignat per avsikt.
Men jag har full förstående för ekonomi, vs en hobby, vs priser.
Å andra sidan finns ju sällan nån himmel och med normalt intresse handlar det ju om pris, och nån högförstoring klarar de aldrig ut ändå även om det finns en himmel.

Bartels sa till mig en lighweight pocket i ULE är grejjer om ekonomin finns.
För han är hobbyn att göra nåt själv, och i ett garage blev det en tunn mennisk form, och ett fungerande cell och då sen ett ev fungerande resultat.
Hans 13.2" är bra, men hans nya 25'a ? ( 13 mm tjock )
Fredrikdb
Inlägg: 169
Blev medlem: 2015-04-04 11:44:58
spamtest: JA

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav Fredrikdb » 2017-09-15 19:49:58

Hej Lars såg den där videon för ett tag sen rätt imponerande !!

Ja OSLO var rena grekiskan när jag första gången startade det

För den som vill prova på OSLO så finns ett projekt här att hämta
http://atm.udjat.nl/articles/schief_kit.html

/F
Användarvisningsbild
AstroFriend
Inlägg: 4069
Blev medlem: 2012-12-17 13:30:45
spamtest: JA
Ort: Stockholm
Kontakt:

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav AstroFriend » 2017-09-15 23:43:20

Håkan:
Jag tycker han har väldigt skarpa övergångar mellan ytorna, inbillar mig att det ur termisk synpunkt vore bättre med mer krökta ytor. Går säkert att göra en termisk simulering på det för den som har rätt modellerings-program. Men gillar iden att gjuta upp speglarna så här, men säkert inte lätt och precis som du säger tillför man säkerligen problem senare i ledet. En 3D fräs får bli nästa steg för att få till ytan, man klarar IR området idag med den tekniken och det var för kanske 15 år sedan.

Fredrik:
Off-axis telescope är spännande, borde vara lämplig med högra f-tal till planetfoto då de inte har någon central blockering.

Har du gjort någon egen design i OSLO?

/Lars
Camera: Canon EOS 5D/6D
Mount: EQ6
Telescope: TS130 APO
Samt en massa tålamod!

Homepage: http://www.astrofriend.eu
Håkan N
Inlägg: 1018
Blev medlem: 2014-12-15 16:26:17
spamtest: JA
Ort: Falun

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav Håkan N » 2017-09-16 03:28:17

Lars,

Skarpa kanter är väl inget vidare men det har inget med termiskt stabilitet att göra.
Glaset är dött och slipningen ( toleransen ) ska gälla när glaset är i ute temperaturen.
Detta är just skillnaden mellan en plano och en cellular, gjuten eller fräst att värmen går ut fort.
Det går alltså mycket fortare och blir lika styvt men mycket lättare ( vs nertryck - sag )
En till stor fördel.

Ju tunnare ribbor ju mera tid att fräsa och detta är ofantligt dyrt. Från ex 6 mm till 3 mm är enorma tid i skillnad ( vs risken ) tid i ev kras och i material.

Print Through är en myt. Är det ingen Print Through vid testet kommer det ingen upp sen.
Men detta är vad som sprids inom amatör kretsar.
Totalt missförstånd.
Men det handlar givetvis om pengar, och rent baktaleri, för bevakna egna kundkretsen - men jag tror inte de behöver vara oroliga ;-))

Jag besökte ett par företag i Rochester förra året. Imponerande jobb i ULE.
Användarvisningsbild
AstroFriend
Inlägg: 4069
Blev medlem: 2012-12-17 13:30:45
spamtest: JA
Ort: Stockholm
Kontakt:

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav AstroFriend » 2017-09-16 08:33:06

Om ett matrial har en osymetrisk form kommer det vid temperatur förändringar reagera med att det tar olika tid att komma i termisk jämvikt för olika lokala zoner. Därav jag inte tyckte de vassa kanterna såg bra ut, ger dessutom inte maximala hållfastigheten. Men lätt att testa med en termisk modell av spegeln för den som håller på med sådant och få fram den optimala formen på underliggande strukturen. Men ändå, ruskigt imponerandet det han gör på bakgården.

Nya ord, Print Through, för er precis som jag som inte kommit i kontakt med det uttrycket:
http://www.dreamcellularllc.com/printthrough.htm

Lars
Camera: Canon EOS 5D/6D
Mount: EQ6
Telescope: TS130 APO
Samt en massa tålamod!

Homepage: http://www.astrofriend.eu
Användarvisningsbild
stoffe
Inlägg: 1678
Blev medlem: 2011-12-04 00:36:14
spamtest: JA
Ort: Uppsala (UAA)

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav stoffe » 2017-09-16 09:54:45

Problemet med den spegel som visades upp på VSP tidigare i år var att sexkanterna "lös igenom" glaset och spegeln blev inte något vidare att polera ut sa Joel.

Kan någon förklara för mig varför han gjuter spegeln i två omgångar istället för en gjutning som man normalt gör med t ex betong, gips osv.
Kameror: Nikon D600, ZWO ASI290MM, QHY9
Newtonteleskop: ZW305 12" f/5, Cave Astrola Deluxe B 1965 8" f/8, TS Optics 8" f/4
Refraktorer: Nikon 300 mm f/2.8 + ytterligare några Nikongluggar
Bygger EQMOD-kablar på beställning.
Användarvisningsbild
AstroFriend
Inlägg: 4069
Blev medlem: 2012-12-17 13:30:45
spamtest: JA
Ort: Stockholm
Kontakt:

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav AstroFriend » 2017-09-16 10:50:59

Den första som han fräser ut är bara i plast om det var det du tänkte på.

Lars
Camera: Canon EOS 5D/6D
Mount: EQ6
Telescope: TS130 APO
Samt en massa tålamod!

Homepage: http://www.astrofriend.eu
hbar
Inlägg: 416
Blev medlem: 2010-05-14 18:22:47
spamtest: JA
Ort: Lund

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav hbar » 2017-09-16 11:01:06

Att först slipa och sen fräsa ur går bra men att gjuta o sen slipa är nästan omöjligt att få rätt. Slipning genererar värme och det sprids ojämnt om glaset har urgröpningar. Det underliggande mönstret slår igenom vid poleringen och det är väl detta de kallar print thru och som naturligtvis ses även när den testas under slipningen.

/Håkan
RCX400-12, C8, WO158, WO98
Daystar Quantum 0.5Å, CGE, CGEPro
Användarvisningsbild
ragge
Inlägg: 1081
Blev medlem: 2014-03-23 22:25:03
spamtest: JA
Ort: Uddevalla
Kontakt:

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav ragge » 2017-09-16 11:43:15

stoffe skrev:...Kan någon förklara för mig varför han gjuter spegeln i två omgångar istället för en gjutning som man normalt gör med t ex betong, gips osv.

Jag har för mig att han nämnde risken för luftbubblor i det första steget. Antagligen har han bättre kontroll på detta i det andra och viktigare steget.

Ragnar
Prylar :HEQ5 Pro "AI" (Arduino Inside) , TS APO 107mm f/6.5, TS Imaging Star 71 f/4.9, Meade 8" LX200 ACF, Nexguider, 2 x moddade Nikon D7000, DslrDashboard (Android)
Håkan N
Inlägg: 1018
Blev medlem: 2014-12-15 16:26:17
spamtest: JA
Ort: Falun

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav Håkan N » 2017-09-16 12:40:18

Om man jämför en ex 25" och ca 60 kg solid ( 6:1 ) oavsett material kommer värmeskillnaden i glaset och ute temperaturen ta en viss tid att jämna ut sig ( samt även senare under natten när temperatur skillnad sker )
Dessa vikter är helt hopplösa för vikten är så stor att de inte under en hel natt kommer att komma i samma temperatur som utanför spegeln.
-Inte ens med kraftiga fläktar.
Detta gör då att flera testat med kompromisser med tunnare planos/mennisker, men även 30 kg är det stora problem med att få ut värmen ur dom och nånstans går diameter och tjocklek ( vikt ) blir det sagg.
Ta en 25" på ex 10 kg plano, men det kommer inte att fungera även om tjockleken då blir tunnare och på så sätt gör det enklare att få ut värmen. ( ingen bra kompromiss )

Vi tittar på en 25" cellular på 15-17 kg gjuten lighweight eller 12-15 kg utfräst lightweight.
Dessa har än kvar ration 6;1 för styvheten.
Ytan vid parabolen kommer vara kring 8-9 mm, men med MRF teknik kan den bli 3-4 mm ( eller lägre )
Givetvis är det korrekt att vid hexen/ribban under blir det mera glas oavsett tjocklek på ytan.
Man kan mycket enkelt förstå att denna typ av spegel går värmen ur ( på säg 9 mm glas ) mycket fortare än en 40 kg plano solid !
Dessutom är vikten lättare och samtidigt lika tjock vs styvheten ( = det eliminerar sag )

Ex Dream gjuter i Pyrex och det materialet har ca 2.5 i ppm.
Fönsterglas som inte ska vara i optisk miljö ( egentligen ) är på 9.5 ppm.
Det betyder att fönsterglas tar upp värmen flera gånger snabbare och gör slipningen oerhört jobbig ( varav företag som OMI, Zambuto etc inte jobbar i fönsterglas ) dessutom är det mycket mindre styvt.
Men är spegeln gjuten i fönsterglas som i exemplet ovan och det han från Norge gjorde behöver bara Joel dra nåt drag över ytan så blir det värme bildning, och blir det då inte rakt över hexen blir det sk 'Print Through'
Detta ses sen i tester.
Men är det inget i testet som visar om Print Through = blir det inte sen heller när väl spegeln är i lika temperatur som ute.
Eftersom spegeln är så lätt ( lite massa ) kommer värmen gå ur fort.
Men det är korrekt att innan den är i lika temperatur som utanför kommer materialet 'växa' där massan ligger.

Dream har gjort tester på 16.6" och ratio 6;1 på 3.5 kg och den reagerar direkt på en temperaturskillnad ( nåt en plano 6;1 lika diameter ) skulle ta en timme. Lägg då till i ekvationen för 20, 25, 30" planos !

Notering om slipning.
Företag som gjuter dessa i kvalitet har ju Pyrex och de har lärt sig arbetet. Som jag sa innan går det inte att gjuta i ZTE material ( kräver för hög värme )
Och företag som fräser ut materialet arbetar med Zerodur eller ULE eller Sitall. De gillar inte ex Quartzen som blir för spröd. Zerodur etc är framtaget för optiskt bruk och för maskin bearbetning. Dessa speglar går sedan ofta till MRF maskiner inför slipningen.

Jag vet Zambuto testade detta med cellularer, men la ner caset.
Kanske dels att han inte då visste/lärde sig tekniken, men oavsett kräver det mer tid än en plano. Utan MRF blir det väldigt speciellt mot en solid.
Om ex CZ som kommit på hur snabbt han kommer till en ok tolerans ( som anses hög ) genom mindre solider medeltjocka och fokal på 4.5-5.5 i Supermax och han får ut 2-300 st speglar per år X antal dollares och sedan ska han slipa ev 1/3 del av den kvantiteten i celluarer ( som marknaden ev också då kräver under f/4 ) då blir det enkelt att förstå att CZ avstod dessa speglars design.
CZ kommer dessutom inte kunna ta ut mera pengar, för den marknaden han är i är mycket begränsad och känslig för priser.
Hans speglar anser jag extremt billiga ( om de nu är bra ) och prisvärda, men anses vara rena förmögenheter inom ATM kretsar.

Dream gör gärna en spegel till visuella marknaden, men de kostar.
Vill jag ha en special gjuten ultralätt med dubbla diffraktionen som behövs ( 11 nm RMS, ca 1/8 PV wf ) blir det tid i ny form för Dream och med MRF och Zygo IF, och det blir rätt dyrt.

-Varav jag också tittat och besökt företag som gör speglar i SiC ( gjutna ultralätta och extremt styva )
SiC kan bli en bra bit under 10 kg på denna diameter.
Men materialet är hårt så det måste MRF slipas.
Ett problem här är att Aerospace måste ha ritningar och de vill veta toleransen i en massa olika värden. De gör inte ex Ronchi, Lyot tester och säger givetvis inte ; att ex "en på labbet tyckte det såg bra ut"

Dock ska nämnas under ämnet att ex Dreams 'lager' speglar på ex 16" har bra pris. ( som jag ser det )
Läs gärna på dennes webbsida och det finns många artiklar i ämnet.
Bra med Dream är att han har helheten och kommer från visuella amatör hobbyn.
Många andra företag gör bara en precist jobb.
Det Dream menar är att ingen tolerans, ingen design levererar om inte spegeln håller den ev tolerans den hade i slipningen i fält.

Givetvis fungerar ju plano solider.
Håkan N
Inlägg: 1018
Blev medlem: 2014-12-15 16:26:17
spamtest: JA
Ort: Falun

Re: Gjuta egen honeycomb spegel !

Inläggav Håkan N » 2017-09-17 19:40:54

Ligger väl lite utanför tråden om en egen celluar tillverkning, men ämnet 'Print Throught'
----

https://www.google.com/patents/US7145739


Lightweight optical mirrors formed in single crystal substrate
US 7145739 B1
Sammanfattning
This invention is directed to a process for manufacturing a lightweight mirror from a single crystal material, such as single crystal silicon. As a near perfect single crystal material, single crystal silicon has much lower internal stress than a conventional material. This means much less distortion of the optical surface during the light weighting process. After being ground and polished, a single crystal silicon mirror is light weighted by removing material from the back side using ultrasonic machining. After the light weighting process, the single crystal silicon mirror may be used as-is or further figured by conventional polishing or ion milling, depending on the application and the operating wavelength

CROSS-REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS
This application now formalizes and incorporates herein by reference Provisional Application Ser. No. 60/362,574, “Light Weight Optical Mirrors Formed in Single Crystal Silicon,” Vincent Bly, filed on Mar. 7, 2002. Applicant claims the priority date thereof under 35 U.S.C. 119(e).
ORIGINS OF THE INVENTION
The invention described herein was made by employees of the United States Government. The invention may be manufactured and used by or for the governmental purposes without the payment of royalties thereon or therefor.
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a process for manufacturing lightweight optical parts from a single crystal blank.
BACKGROUND OF THE INVENTION

Lightweight mirrors are needed for a wide variety of applications, especially in the space and aeronautic industries where overall system weight reduction and precision of optical parts are critical. Using a light weighting process, the mass of a mirror may be reduced by up to 90% compared to a solid blank of the same size and material.
One method for fabricating a lightweight mirror involves creating a lightweight mirror blank consisting of a face sheet and a lightweight support structure such as a low-density honeycomb structure.
When the lightweight blank is optically ground and polished, the local variation in stiffness due to the light weighted structure can cause “quilting” or “print-through”. This is caused by a variation in deflection of the surface based on the pattern of the reinforcing ribs. In other words, the variation in deflection causes a proportional variation in material removal rate creating the quilt-like pattern.
The problem above is usually avoided by making the face sheet thicker. However, this solution adds more mass to the mirror.

The problem can also be avoided by grinding and polishing a solid blank and light weighting afterward as described in U.S. Pat. No. 3,753,322 ('332).

Another method claimed by the patent '322 comprises forming at least one optical surface on a solid blank by machining and mechanical polishing, ultrasonically machining cavities underlying the optical face in at least one of the remaining faces of the blank to reduce the weight of the article. The patent '332 also discloses that the optical surface so lightened is to be coated by high-temperature, vacuum-evaporation deposition of aluminum.
The drawbacks of the method disclosed in '332 is that the optical surface still suffers greatly from distortion during the light weighting process. Virtually any polycrystalline or vitreous material, no matter how well annealed, will have some residual internal stress. During the light weighting process, as stressed material is removed, the remaining material distorts, ruining the optical surface.
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention is directed to a novel process for fabricating lightweight optical mirrors from a single crystal material, such as single crystal silicon. The process is based on grinding and polishing the solid mirror blank before light weighting. This avoids “print-through” and other effects caused by working on the light weighted optical blank. The very low internal stress in a single crystal material, allows light weighting with minimal distortion of the optical surface. The mirror is hollowed out from a non-optical surface via ultrasonic machining. After light weighting, the mirror may be used as-is or further figured by conventional polishing or ion milling, depending on the application and the operating wavelength. Final polishing of the lightweight mirror does not produce significant print-through because of the small amounts of the material removed.
DESCRIPTION OF DRAWINGS
FIGS. 1( a)–(c) are perspective, back, and side views of a substrate from which a lightweight mirror is made; and
FIGS. 2( a)–(c) are perspective, back, and sectional along line A—A views of a lightweight mirror made via the present invention.
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
The process of the present invention is based on grinding and polishing an optical surface of a solid mirror blank—before light weighting—using a single crystal material. The invention uses single crystal for the following reasons: unlike vitreous or polycrystalline materials, single crystal materials do not have residual internal stresses. This means, in principle, that material can be removed from the back of a completed single crystal mirror without degrading its optical figure; single crystal silicon is an excellent material for high quality optics because it is easily polished; and single crystal silicon also has high thermal conductivity and low thermal expansion.
FIGS. 1( a)–(c) show a solid blank substrate 10 from which a lightweight mirror is to be made. The process begins with a substrate 10 of single crystal silicon. To produce a mirror, this substrate is ground and polished and given its near-finished or finished optical surface while it is still a robust solid blank. This avoids the “print-through” created when a lightweighted blank is optically ground and polished, as described before.
After being ground and polished on one side 14, the mirror 10 is lightweighted by removing material from the backside 12 using ultrasonic machining. That is, weight-reducing recesses 22 are made in the face 12, opposite the optical surface 14 and structural elements 20 are produced. Alternately, depending upon the desired structure, lightweighting may be accomplished by removing material from the periphery rather than the backside 12. U.S. Pat. Nos. 5,230,182 and 3,753,322 disclose such ultrasonic machining of optic materials and are hereby incorporated by reference. FIGS. 2( a)–(c) show a final product of a lightweight mirror. Other lightweight structures may be fabricated based on the desired support configuration.
After light weighting, the mirror 10 may be used as-is or further figured by conventional polishing or ion milling, depending on the application and the operating wavelength. Experiments to date indicate that a small distortion is introduced by the lightweighting process on the order of ¼ wave of visible light. This distortion may be introduced when approximately 75% of the material is removed. For most infrared applications, this is acceptable. For visible or ultra-violet applications, some further optical figuring may be needed. As noted above, final figuring via conventional polishing is a viable alternative. Although the same dynamic applies here as when grinding and polishing an already light weighted blank, the amount of material removed is much less, typically by 20 times or more. Therefore the resulting print-through is reduced by the same factor. In practice, this means that the print-through produced by conventional final polishing is not significant.
The following is a step-by-step example of how the novel process might be implemented to fabricate a 4 inch diameter, concave curved surface, lightweight mirror of very high quality.
A 4.0 inch diameter by 0.6 inch thick cylindrical mirror blank is cut from a single crystal silicon boule.
A 4.0 inch diameter by 0.6 inch thick cylindrical Pyrex “protector” is also made. The function of this protector will be explained in a later step.
A standard curve generator is used to grind the near net shape (a concave curve in this case) in the silicon mirror blank.
A standard curve generator is also used to grind a complementary convex surface in the Pyrex protector.
The mirror blank is next heated to near the melting point of the silicon and kept at temperature for an extended period of time (typically many hours). The blank is then slowly cooled back to room temperature. The purpose of this step is to heal crystalline defects created during the sawing and grinding used to create the near net shape blank and is well-known in the art.
The near net shape silicon blank is ground and polished, using conventional abrasives and procedures, to an optical figure good to ⅛th wavelength of visible light, peak-to-valley.
Hot wax is then poured onto the optical surface of the silicon mirror. While the wax is still hot, the Pyrex protector is placed on the wax and adjusted so that the protector and mirror are concentric and the wax bond is uniform in thickness. Note: Pyrex was chosen because it is inexpensive, readily available, and closely matches the thermal expansion of silicon.
With the mirror's optical surface protected, material is removed from the back side of the mirror via ultrasonic machining. Material is removed in a two-dimensional array of triangular depressions, forming an isogrid pattern of supporting ribs. Enough material is removed by this process to reduce the weight of the mirror to ¼th that of a standard quartz mirror of the same diameter.
The mirror and protector are placed in an oven and heated to melt the bonding wax. The mirror is separated from the protector and any remaining wax on the mirror is removed with solvent.
The optical figure of the mirror is re-measured to verify that it is within one-half (½) wave or better of the required final surface.
The mirror surface is next re-polished, using standard techniques and equipment, until the optical surface meets the required figure to 1/10th wavelength of visible light, or better.
The lightweighting steps shown above can be implemented on a single crystal substrate of any size. For lightweighting purposes the minimum size of the substrate would be approximately one inch while the current maximum size available for single crystal silicon is approximately sixteen inches. The idea of fabricating lightweight mirrors is based on combining ultrasonic machining and conventional polishing along with the newly adopted optical material to accomplish a significant improvement in quality of lightweight mirrors.
This invention adapts single crystal silicon, which does not have internal stress in the conventional sense of the word. Moreover, silicon is presently available as a near perfect single crystal material and in sizes large enough for most instrument applications. Also, other properties of silicon are ideally suited for optical mirrors. The distortion caused by the light weighting process on mirrors is many times smaller than any previous effort.
Another aspect of the present invention is that conventional polishing may be performed on the lightweighted mirror without producing print-through due to the fact that very small amounts of material is removed by the polishing process. This post polishing step of the lightweighted mirror is not apparent to others skilled in the art. The polishing and lightweighting process described above produces a very high quality optical mirror.
The technical details as to how the present invention avoids print-through follows. As noted before, print-through is the imprint of the reinforcing rib pattern on the optical figure. If the mirror is ground and polished from a solid blank, before lightweighting, the ribs are not yet present, thus print-through is avoided.
As the residual distortion in the mirror after the lightweighting process is small, it is only necessary to remove a very small amount of material in order to perfect the mirror figure. Since this is typically more than twenty times smaller than the amount of material removed to form the original optical figure, the print-through is reduced by the same amount.
For the present invention, print-through is substantially negligible. It is important to note that the magnitude of the lightweighting on these test mirrors is so large that print-through would have been totally unacceptable had the mirrors been processed in the conventional way.
It is to be understood that the above-described arrangements are only illustrative of the application of the principles of the present invention. Numerous modifications and alternative arrangements may be devised by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention and the appended claims are intended to cover such modifications and arrangements.

Återgå till "Optik"

Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: 1 och 0 gäst