JP2012203268A - ミラー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度上の要求を満たしつつ、大型化及び軽量化の両立を可能にするミラー及びその製造方法を提供する。
【解決手段】反射膜１４を形成する板状の母材１１が、板ガラスを加熱によって軟化させ湾曲させることで形成されるととともに、研磨を含む表面仕上処理を施した光学面である表面１１ａを有するので、ミラー本体１０の光学的な精度を高めることができる。すなわち、母材１１の表面（光学面）１１ａは、加熱を利用した湾曲によって所望の曲率を有する曲面になっているだけでなく、研削や研磨といった表面仕上処理によって精度劣化につながる微視的な凹凸や巨視的な凹凸が除去されて光学的に精密なものとなっている。よって、この表面１１ａ上に反射膜１４を形成することにより、湾曲した板状でありながら高精度の反射面を有するミラー本体１０を得ること。
【選択図】図２

Description

本発明は、精度を確保しつつ大型化が可能である軽量なミラー及びその製造方法に関する。

反射鏡の製造方法として、下側に凹面を有する成形型の下端にガラス板を配置し、ガラス板を加熱によって軟化させつつ、成形型の中央に形成した通気孔から排気を行うことにより、ガラス板を成形型の凹面に倣った形状にするものが存在する（特許文献１参照）。この方法では、ガラス板と成形型とが密着し、これらの間に空気溜まりが残りにくく、凹面形状を比較的正確なものとしやすい。

しかしながら、ガラス板を熱変形させるため、元々研磨された表面を有するガラス板であっても、所望の正確な光学面を得ることは容易でない。すなわち、ガラス板の裏面は精密な曲率を有するものとなっていても、ガラス板の肉厚の変化によって表面は精密な曲率とならない場合がある。また、ガラス板の加熱や変形に伴って光学面が劣化する可能性もある。

特開２００８−７３７５号公報

本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、精度上の要求を満たしつつ、大型化及び軽量化の両立を可能にするミラー及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るミラーは、（ａ）ガラス製の板材を加熱によって軟化させて湾曲させることで形成されるととともに、研磨を含む表面仕上処理を施した光学面と、光学面に対向する裏面とを有する板状の母材と、（ｂ）母材の光学面上に形成された反射膜とを備える。

上記ミラーでは、反射膜を形成する板状の母材が、ガラス製の板材を加熱によって軟化させ湾曲させることで形成されるととともに、研磨を含む表面仕上処理を施した光学面を有するので、ミラーの光学的な精度を高めることができる。すなわち、母材の光学面は、加熱を利用した湾曲によって所望の曲率を有する曲面になっているだけでなく、表面仕上処理によって精度劣化につながる微視的な凹凸や巨視的な凹凸が除去されて光学的に精密なものとなっている。よって、この光学面上に反射膜を形成することにより、湾曲した板状でありながら高精度の反射面を有するミラーを得ることができる。なお、以上のミラーは、板状の母材を利用するものであり、大型化しても比較的軽量性を確保しやすい。

本発明の具体的な側面では、上記ミラーにおいて、母材の外周のうち少なくとも一部がカットによって除去されている。これにより、反射面の輪郭形状を簡易に設定することができる。

本発明の別の側面では、母材が裏面側の中央領域に接着された複数の支持体によって支持されている。これにより、母材を少ない歪で安定して支持することができる。

本発明のさらに別の側面では、複数の支持体が、ガラス製の円筒部材であり、当該円筒部材の一端で中央領域に接着される。この場合、ミラー本体の母材と支持体の円筒部材とが同質の材料で形成され、支持体の強度を確保しつつ、温度に対する安定性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、複数の支持体が、チルト調整装置を含む支持台上に固定されている。この場合、ミラーの設置や姿勢調節が容易となる。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るミラーの製造方法は、（ａ）ガラス製の板材を準備する工程と、（ｂ）板材を上部に転写面を有する転写型台上で加熱によって軟化させ湾曲させることで湾曲面を有する前駆体を形成する工程と、（ｃ）前駆体を仕上台上に固定して湾曲面に対して研磨を含む表面仕上処理を行うことによって光学面を有する板状の母材を形成する工程と、（ｄ）母材の光学面上に反射膜を形成する工程とを備える。

上記ミラーの製造方法では、前駆体を仕上台上に固定して湾曲面に対して研磨を含む表面仕上処理を行うことによって光学面を有する板状の母材を形成するので、ミラーの光学的な精度を高めることができる。すなわち、母材の光学面は、板材を加熱によって軟化させて形成した湾曲面から加工したものであり、所望の曲率を有する曲面になっている。さらに、母材の光学面は、表面仕上処理によって精度劣化につながる凹凸が除去されて光学的に精密なものとなっている。よって、この光学面上に反射膜を形成することにより、湾曲した板状でありながら高精度の反射面を有するミラーを得ることができる。以上のミラーは、板状の母材を利用するものであり、大型化しても比較的軽量性を確保しやすい。

本発明の具体的な側面では、上記ミラーの製造方法において、反射膜が、アルミニウム製の蒸着層で形成されている。これにより、安価で高い反射率のミラーを提供することができる。

本発明の別の側面では、反射膜が基材上の反射層を被覆する保護コートを有する。この場合、反射層の保護によって、反射膜延いてはミラーの耐久性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、ガラス製の板材が、厚みが一様な平板ガラスである。この場合、工業的に量産された安価な平板ガラスを利用して、比較的簡易に高精度のミラーを提供することができる。

本発明のさらに別の側面では、転写型台が転写面を形成した珪藻土製の転写部を有する。珪藻土を用いて転写型台を作製することで、転写型台の耐久性すなわち高温下における形状的な安定性を高めることができる。また、珪藻土の成形物は、切削による形状創成が容易であり、安価であることから、転写型台の加工性を高めコストを抑えることができる。

本発明のさらに別の側面では、仕上台が前駆体の裏面を支持する石膏製の支持部を有する。石膏を用いて仕上台を作製することで、仕上台の支持面を湾曲した前駆体に倣わせやすくなり、かつ、石膏の強度によって研磨を含む表面仕上処理に際して前駆体の支持を安定したものとできる。

本発明のさらに別の側面では、前駆体を形成する工程で、加熱された板材の裏面を転写型台の転写面に吸引する。この場合、転写型台上に形成した転写面をガラス製の板材に確実に転写することができ、前駆体の湾曲面が正確な曲率を有するものとなるので、研磨を含む表面仕上処理が迅速になり、得られるミラーを高精度化しやすい。

（Ａ）は、第１実施形態のミラーの側方断面を説明する図であり、（Ｂ）は、ミラーの側面図であり、（Ｃ）は、ミラーの裏面図である。 （Ａ）は、ミラー本体の断面構造を説明する図であり、（Ｂ）は、ミラー本体の裏面図であり、（Ｃ）は、支持体を説明する斜視図であり、（Ｄ）は、ミラー本体の変形例を説明する部分拡大断面図である。 （Ａ）は、前駆体の製造を行うための加熱成形装置を説明する概念的な側面図であり、（Ｂ）は、加熱成形装置中の転写部の平面図である。 転写部の転写面を加工又は創成する方法を説明する図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、前駆体の製造工程を段階的に説明する側面図である。 母材の製造を行うための仕上装置について説明する概念的な側面図である。 仕上装置について説明する概念的な平面図である。 第２実施形態のミラーの側方断面を説明する図である。 第３実施形態のミラーの側方断面を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、ミラーの変形例を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るミラーとその製造方法とについて、図面を参照しつつ説明する。

まず、図１（Ａ）〜１（Ｃ）を参照して、第１実施形態に係るミラーの構造について説明する。このミラー１００は、ミラー本体１０と、裏面支持ユニット２０と、支持台３０とを有する。

ミラー本体１０は、ガラス材料で形成されており、浅いドーム状の外形又は薄い部分球殻状の外形を有し、平面視において円形の輪郭を有し、側面視において弓形の輪郭を有する。ミラー本体１０は、例えば直径数１０ｃｍから１２０ｃｍ程度のサイズを有する。ミラー本体１０の表面１０ａは、例えば球面である平滑な反射面となっており、ミラー本体１０の裏面１０ｂは、反射面である表面１０ａに沿って略同一の曲率を有する球面となっている。つまり、表面１０ａと裏面１０ｂとは、各部で等間隔となるように対向しており、ミラー本体１０は、全体に亘って略一様な厚みを有している。

図２（Ａ）に示すように、ミラー本体１０は、母材１１の表面１１ａを反射膜１４で被覆した構造を有する。反射膜１４は、下側に反射層１２を有し、上側に保護コート１３を有する。母材１１は、例えば５ｍｍ〜３０ｍｍの厚みを有する。母材１１の表面１１ａは、例えば球面である平滑な光学面となっており、母材１１の裏面１１ｂは、ミラー本体１０の裏面１０ｂとなっている。母材１１の表面１１ａは、研磨によって鏡面に表面仕上処理されている。表面１１ａ上の反射層１２は、例えばアルミニウム、銀等の蒸着層で形成され、例えば１５００Å〜３０００Å程度の一様な厚みを有する。反射層１２上の保護コート１３は、例えば酸化アルミニウム、酸化珪素等の薄膜で形成され、反射波長によるが、例えば反射波長が３００ｎｍ〜８００ｎｍである場合８００Å〜２３００Å程度の一様な厚みを有する。

図２（Ｂ）に示すように、裏面支持ユニット２０は、複数の支持体２１を有する。これらの支持体２１は、一方でミラー本体１０の裏面１０ｂのうち中央領域Ａ０に接着され、他方で図１（Ａ）に示す支持台３０の表面３０ａに接着されている。図示の例では、裏面支持ユニット２０の構成要素として３本の支持体２１を設けており、これらの支持体２１は、ミラー本体１０の光軸ＯＡの周囲の円周上に等間隔で配置され固定されている。つまり、ミラー本体１０は、裏面支持ユニット２０を構成する３つの支持体２１によって、少ない歪みでバランス良く３点支持されている。

図２（Ｃ）に示すように、支持体２１は、母材１１に近い熱膨張係数を有するガラス材料で形成された円筒状の部材であり、直径１０ｍｍ程度、長さ数ｃｍ程度のサイズを有する。支持体２１の上側の端面２１ａは、エポキシ等の接着剤によって、隙間を充填するようにミラー本体１０の裏面１０ｂに接着される。支持体２１の下側の端面２１ｂ及びその周囲の側面２１ｃは、エポキシ等の接着剤によって、隙間を充填するように支持台３０の表面３０ａと、支持台３０上に設けられた支持突起３１とに接着される。

図１（Ａ）等に示すように、支持台３０は、上部板３２と、下部板３３と、複数の連結部材３４とを有する。上部板３２は、例えばステンレス等の鋼材で形成され、表面３０ａから突起する複数の支持突起３１を有する。各支持突起３１は、裏面支持ユニット２０を構成する各支持体２１の支持を補強する役割を有し、特に各支持体２１の倒れを防止している。下部板３３は、母材１１に近い熱膨張係数を有し比較的高い靱性を有するフロート板ガラスその他のガラス材料で形成されている。なお、上部板３２も下部板３３と同様に母材１１に近い熱膨張係数を有する材料で形成することができる。連結部材３４は、バネ３４ａやネジ３４ｂを含んで構成される伸縮機構であり、上部板３２と下部板３３との間の３箇所に形成されている。３つの連結部材３４は、チルト調整装置３５として機能し、３つの連結部材３４の長さを個別に調整することで、下部板３３に対する上部板３２のチルト調整が可能になり、ミラー本体１０の光軸ＯＡを所望の方位に所望の傾斜角で傾けることができる。

以上において、ミラー本体１０は、板ガラスを加工した板状体であり、比較的軽量化することができる。さらに、母材１１の表面１１ａは、ソフトな研磨によって形成した光学面すなわち鏡面であり、表面１１ａ上に形成された表面（反射面）１０ａの光学的精度は高い。具体的な作製例では、ミラー本体１０の直径を１００ｍｍとし、ミラー本体１０の厚みを１０ｍｍとした。作製されたミラー本体１０は、自重による撓みが多少あるものの、０．１ｍｍ以下の集光スポットを形成することができ、人間の肉眼と同程度の分解能（１分角程度）で結像可能であり、光学的な使用に十分耐えられることが分かった。なお、ミラー本体１０の厚みは、自重による撓みによる誤差を考慮して、ミラー１００の用途に応じたものに設定される。

なお、図２（Ｄ）等に示すように、ミラー本体１０の外周部１０ｄは、保護部材１５で被覆することができる。保護部材１５は、例えば可撓性を有する樹脂等で形成され、例えばミラー本体１０の全周に亘って形成される。このような保護部材１５により、ミラー本体１０の強度を高めることができ、他の部品や機構と接触による破損を防止できる。

以下、図１（Ａ）等に示す第１実施形態に係るミラー１００の製造方法について具体的に説明する。

まず、図３（Ａ）及び３（Ｂ）を参照して、ミラー１００の製造工程のうち、前駆体の製造を行うための加熱成形装置について説明する。図示の加熱成形装置２００は、転写型台４０と、ヒータ５１と、排気装置５３とを備える。

転写型台４０は、台座４１上に転写部４２を載置したものである。転写部４２は、珪藻土で形成されたものである。転写部４２の上部には、転写面４２ａが形成され、転写部４２の中心には、排気用の通気孔４２ｃが設けられている。転写面４２ａは、例えば凹の球面となっており、最終的な目的物であるミラー１００のミラー本体１０における表面１０ａ又は裏面１０ｂに相当する曲率を有している。

転写部４２は、例えば珪藻土層を円柱状に切削整形し、焼結したものを原型とし、この原型上に転写面４２ａを形成したものである。転写面４２ａは、例えば図４に示すように、板状のブレード４９を軸ＡＸのまわりに回転させることによって形成される。ブレード４９の下端４９ａは、目的とする光学面の直径上における曲率に相当する輪郭を有している。ブレード４９を軸ＡＸまわりに回転させつつ徐々に降下させることによって、原型１４２の表面層１４２ａが除去されるので、所望の回転対称な曲面としての転写面４２ａを有する転写部４２が形成される。以上のブレード４９は、珪藻土よりも十分硬い材料、例えば堅い金属、ガラス、セラミックス等で形成することができる。

なお、転写部４２を繰り返して使用した場合、転写面４２ａが徐々に摩耗する可能性があるが、図４に示すブレード４９を用いることで、転写面４２ａの形状精度を元の状態に簡易に復元することができる。

ヒータ５１は、転写部４２の側部及び上部を周囲から囲むように配置され、炉壁５８内に収納されている。炉壁５８内には、不図示の温度センサーが設置されており、温度センサーを監視しつつヒータ５１への給電量を調整することで、転写部４２周辺の炉内温度を調整することができる。

排気装置５３は、炉壁５８の外部に配置される減圧装置５３ａを有し、減圧装置５３ａは、配管５３ｂ等を介して転写型台４０の通気孔４２ｃに連通している。減圧装置５３ａを動作させると、転写型台４０の転写部４２と板ガラス９１との間に形成された空間ＳＰの空気が、通気孔４２ｃ，４１ｃと配管５３ｂとを介して減圧装置５３ａに排出され、空間ＳＰ内が減圧される。これにより、板ガラス９１の裏面９１ｂが転写部４２の転写面４２ａに向けて吸引される。

以下、図３（Ａ）に示す加熱成形装置２００を用いた前駆体の製造工程について説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、転写部４２の転写面４２ａ上に板ガラス９１を設置する。この際、板ガラス９１は、外周部９１ｐで転写部４２に支持され水平に配置されることになる。板ガラス９１は、市販の白板ガラス、青板ガラス、パイレックスガラス（登録商標）、コバール封着ガラス又はコバールガラス（ホウ珪酸ガラス）等であるガラス製の板材を円形にカットしたものであり、転写面４２ａに適合するように例えば円形に切断される。なお、板ガラスは、建材などに大量に使用され、厚さ１０ｍｍまでのものは非常に安価に入手することができきる。このような板ガラスは、研削及び研磨にも好都合な硬さを有しており、きれいな鏡面に仕上げることができる。また、板ガラスは、湿気や風化にも非常に強く、優れたコスト効率を特徴としている。

次に、ヒータ５１を動作させて、転写部４２とその上の板ガラス９１とを加熱し、板ガラス９１の温度を軟化点よりも少し上の温度（例えば６００℃〜７００℃）まで上昇させる。この際、排気装置５３を動作させて、板ガラス９１の裏面９１ｂを転写部４２の転写面４２ａに吸引する。これにより、板ガラス９１が徐々に軟化し、自重等によって中央が下側に突出するように湾曲し、転写部４２の転写面４２ａが板ガラス９１の裏面９１ｂのいずれかの箇所に接する。さらに加熱を継続すると、板ガラス９１が目的の形状まで変形し、板ガラス９１の裏面９１ｂ全体が転写面４２ａに略密着する（図５（Ｂ）参照）。

その後、ヒータ５１の動作を停止させ板ガラス９１を冷却することで、板ガラス９１を硬化させる。これにより、図１（Ａ）等に示すミラー本体１０の前駆体１９１となる。

その後、前駆体１９１を転写部４２から分離して炉外に取り出す（図５（Ｃ）参照）。このようにして得られた前駆体１９１は、ミラー本体１０の母材１１となるものであり、母材１１の外形と略等しい外形を有する。すなわち、前駆体１９１は、浅いドーム状の外形又は薄い部分球殻状の外形を有する。前駆体１９１の表面１９１ａは、ミラー本体１０の表面１０ａに相当する曲率を有する凹面であるが、光学的な精度は低くなっている。つまり、ミラー本体１０の表面１０ａに比較すると、巨視的には面内において曲率が目標値からずれた領域が局所的に形成されており、微視的にも微細な皺、うねり等が存在し鏡面度の低いものとなっているので、これにミラーコートを行っても、光学的用途については制限されたものとなってしまう。なお、前駆体１９１の裏面１９１ｂは、転写部４２の転写面４２ａに倣った曲率を有する凹面である。裏面１９１ｂも、光学的な精度は低くなっているが、光学的な精度は必要ないため、そのまま加工されることなくミラー本体１０の裏面１０ｂになる。

図６を参照して、ミラー１００の製造工程のうち、母材の製造を行うための仕上装置について説明する。図示の仕上装置３００は、仕上台６０と、加工皿７０と、加工皿駆動装置８１と、回転機構８２と、駆動装置８３とを備える。

仕上台６０は、基材部分６１と、支持部６２とを有する。基材部分６１は、例えばセメント、セラミック等で形成され、上部に支持面６１ａを有する。支持面６１ａは、転写部４２に転写面４２ａに近似する凹の球面となっており、図５（Ｃ）に示す前駆体１９１に近い曲率を有する。なお、基材部分６１の外周上部は、例えばステンレス製の外周環６４によって覆われている。支持部６２は、基材部分６１の支持面６１ａ上であって外周環６４の内側に層状に形成されている。支持部６２は、中央領域を含む略全体領域で前駆体１９１の裏面１９１ｂに密着しており、前駆体１９１を下側から支持している。支持部６２は、例えば石膏で形成される。具体的には、基材部分６１の支持面６１ａ上に石膏を塗布し、石膏が硬化する前に石膏上に前駆体１９１を降下させ、泡が入らないように前駆体１９１の裏面１９１ｂを石膏に密着させる。その後、石膏が硬化すると、基材部分６１と前駆体１９１とに挟まれて両者にフィットした形状の支持部６２が形成される。この支持部６２は、通常１０ｍｍ以下で適当な厚さに調整され、例えば１ｍｍ〜３ｍｍの厚さになっている。なお、支持部６２を補強する目的で、前駆体１９１の外縁部において隙間を充填し表面を被覆するように石膏を追加することもできる。

加工皿７０は、鉄等の金属材料で形成された部材であり、加工板７１と、側壁７２とを有する。加工板７１の下面７１ａは、最終的な目的物であるミラー１００のミラー本体１０における表面１０ａに相当する曲率を有している。加工板７１の上面７１ｂには、後述する加工皿駆動装置８１に連結されるリンク受け７３が固定されている。側壁７２は、加工板７１の外周に溶接された円筒状の部材である。なお、加工板７１の下面７１ａは、研削用の加工面であるが、加工板７１の下面７１ａにピッチその他の研磨パッド７５を付着させたものに交換することにより、研磨用の加工面とすることができる。

加工皿駆動装置８１は、昇降軸８１ａと、荷重部材８１ｂと、一対のアーム８１ｃ，８１ｄと、アーム駆動機構８１ｅとを備える。ここで、昇降軸８１ａは、下端に球状のリンク部材８１ｆを有し、上端に支持部８１ｇを有する。リンク部材８１ｆは、加工皿７０のリンク受け７３に係合し、加工皿７０を支持しつつも、加工皿７０の回転や傾斜を許容する。支持部８１ｇは、荷重部材８１ｂを交換可能に支持している。荷重部材８１ｂは、昇降軸８１ａの支持部８１ｇ上に支持されて加工皿７０を下方すなわち−Ｚ方向に付勢する。荷重部材８１ｂの重量を適宜調整することにより、加工皿７０を前駆体１９１の表面１９１ａに押し付ける圧力を調整することができる。一対のアーム８１ｃ，８１ｄは、先端側に軸受け８１ｊを有し、昇降軸８１ａに連結されるとともに昇降軸８１ａを鉛直に保持している。

図７に示すように、一対のアーム８１ｃ，８１ｄは、根元側でアーム駆動機構８１ｅを構成する一対の円板８１ｍ，８１ｎにそれぞれ連結されている。円板８１ｍ，８１ｎは、モータ８１ｒによって鉛直軸のまわりに回転する。一対の円板８１ｍ，８１ｎをモータ８１ｒによって固有の速度で回転させることで、一対のアーム８１ｃ，８１ｄは、根元側で水平面内すなわちＸＹ面内で回転する。このように、一対のアーム８１ｃ，８１ｄの根元側を回転させることにより、結果的に、アーム８１ｃ，８１ｄの先端に支持された昇降軸８１ａが仕上台６０の上方で半径方向や円周方向に移動する。つまり、昇降軸８１ａの下方に連結された加工皿７０を仕上台６０に支持された前駆体１９１の表面１９１ａ上でまんべんなく走査或いは揺動させることができる。なお、各アーム８１ｃ，８１ｄは、円板８１ｍ，８１ｎ上に設けたリンク機構８１ｓにより、駆動の有効長さや根元側での回転半径を調整できるようになっており、加工皿７０の前駆体１９１上における走査又は揺動パターンを変更することができる。

図６に戻って、回転機構８２は、回転テーブル８２ａ、不図示のモータ等とを有しており、回転テーブル８２ａ上の仕上台６０を所望の速度で回転させることができる。

駆動装置８３は、加工皿駆動装置８１のモータ８１ｒ（図７参照）を制御して、モータ８１ｒを所望のタイミング及び回転速度で動作させる。

以下、図６等に示す仕上装置３００を用いた母材１１の製造工程について説明する。まず、図６に示すように、前駆体１９１を仕上装置３００の仕上台６０上に固定する。この際、前駆体１９１は、支持部６２によって下方から支持され、それ自体では外力によって撓み変形しやすい薄板状であるが、仕上台６０上に安定した状態で保持される。

次に、研削用の加工皿７０を前駆体１９１の表面１９１ａ上に載置し、加工皿駆動装置８１の昇降軸８１ａを連結する。その後、研削砂を含む研削液を供給しつつ、駆動装置８３を介して回転機構８２を動作させることで回転テーブル８２ａ上の仕上台６０を回転させる。これと同時に、駆動装置８３を介して加工皿駆動装置８１を動作させることで加工皿７０を前駆体１９１上で２次元的に走査又は揺動させる。これにより、前駆体１９１の表面１９１ａの表面が徐々に研削され、表面１９１ａの曲率を目的とする曲率に近づけることができる。この際、荷重部材８１ｂの重量を適宜調整することで、前駆体１９１の表面１９１ａに過剰な圧力が付与されて過度の変形が生じないようにする。つまり、研削の進行をソフトなものとする。研削工程では、研削液に含まれる研削砂を徐々に小さくすることで、前駆体１９１の表面１９１ａの平滑度を徐々に高める。なお、以上の研削工程では、研削の途中で深さ計と撮像カメラを用いた表面形状試験を行い、次の工程に進むかどうか等を判定する工程管理を行う。

次に、加工皿７０を研削用のものから研磨用のものに交換する。加工皿７０に設けた研磨パッド７５は、例えばコールタールを熱融解後に下面７１ａに付着させて冷却固化したものである。研磨に際しては、酸化セリウム等を含む研磨液を供給しつつ、駆動装置８３を介して回転機構８２を動作させることで回転テーブル８２ａ上の仕上台６０を回転させる。これと同時に、駆動装置８３を介して加工皿駆動装置８１を動作させることで加工皿７０を前駆体１９１上で２次元的に走査又は揺動させる。これにより、前駆体１９１の表面１９１ａの表面が徐々にであるが一様に研磨され、表面１９１ａを目的とする曲率の鏡面とすることができる。なお、以上の研磨工程では、研磨の途中で深さ計と撮像カメラを用いた表面形状試験を行い、研磨を終了するか研磨パターンを変更するかといった判定を行う。

以上の研削及び研磨が終了した前駆体１９１の表面１９１ａは鏡面化され、図１（Ａ）及び２（Ａ）に示すミラー本体１０の母材１１となる。この母材１１は、仕上台６０上から過度の応力を与えないように取り外され、洗浄される。

以下、ミラー本体１０の最終的な作製工程について説明する。図６に示す仕上装置３００によって研削及び研磨された光学面としての表面１１ａを有する母材１１は、必要ならば不要な周辺部がカットされ、蒸着装置内にセットされて、表面１１ａ上にアルミニウム製の反射層１２が形成される。その後、反射層１２を形成した母材１１は、陽極酸化処理され、表面に酸化アルミニウムの保護コート１３を有するものとなる。

以上で説明した第１実施形態に係るミラー１００では、反射膜１４を形成する板状の母材１１が、板ガラス９１を加熱によって軟化させ湾曲させることで形成されるととともに、研磨を含む表面仕上処理を施した光学面である表面１１ａを有するので、ミラー本体１０の光学的な精度を高めることができる。すなわち、母材１１の表面（光学面）１１ａは、加熱を利用した湾曲によって所望の曲率を有する曲面になっているだけでなく、研削や研磨といった表面仕上処理によって精度劣化につながる微視的な凹凸や巨視的な凹凸が除去されて光学的に精密なものとなっている。よって、この表面（光学面）１１ａ上に反射膜１４を形成することにより、湾曲した板状でありながら高精度の反射面を有するミラー本体１０を得ることができる。なお、以上のミラー本体１０は、板状の母材１１を利用するものであり、大型化しても比較的軽量性を確保しやすい。

本実施形態のミラー１００は、反射型光学望遠鏡に搭載される反射鏡、太陽集光発電装置に搭載される集光用反射鏡等として使用可能である。

なお、具体的な作製例のミラー１００では、研磨工程の丁寧さにもよるが１分角程度以下の分解能を実現することができ、０．１ｍｍ以下の集光スポットを形成することができた。また、作製例のミラー１００は、天体観測等の肉眼と同レベルの分解能の用途で使用される肉厚のミラーに比較して、極めて安価でありながら高い集光効率を達成できた。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るミラーとその製造方法とについて、図面を参照しつつ説明する。第２実施形態に係るミラー等は、第１施形態のミラー等を一部変更したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。

図８に示すように、支持台３０は、ミラー本体１０を背後から覆う円形のカバー３７を有する。カバー３７は、薄い板状の金属材で形成され、中央の開口周辺部３７ａで、支持台３０に固定されている。また、カバー３７は、外周において、ミラー本体１０の表面１０ａ側に折り返されたガード３７ｂを有する。カバー３７は、ミラー本体１０の光学的精度を劣化させないように、ミラー本体１０に対して非接触の状態とされている。このような、ガード３７ｂを設けることにより、ミラー本体１０の耐久性を高め、ミラー１００の取り扱いを容易にすることができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るミラーとその製造方法とについて、図面を参照しつつ説明する。第３実施形態に係るミラー等は、第１又は第２実施形態のミラー等を一部変更したものであり、特に説明しない部分は第１又は第２実施形態と同様であるものとする。

図９に示すように、支持台３０は、ミラー本体１０を背後から覆う円形のカバー３７を有し、カバー３７とミラー本体１０との間に発泡性の樹脂、繊維等からなる充填部材３８を挿入している。この場合、ミラー１００の振動に対する耐性等を含めた機械的強度が高まる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

ミラー本体１０は、凹の反射面を有するものに限らず、転写部４２の転写面４２ａの変更によって凸の反射面を有するものとすることができる。また、ミラー本体１０の反射面は、球面に限らず、転写面４２ａの変更等によって非球面とすることができる。さらに、ミラー本体１０の反射面の輪郭は、円形に限らず、用途や目的に応じて楕円、多角形等とすることができる。例えば、ミラー本体１０の中央をくりぬいてドーナッツ状とすることもできる。

上記実施形態では、ミラー本体１０の厚みを５ｍｍ〜３０ｍｍとしたが、ミラー本体１０の厚みは、自重による撓みによる誤差を考慮して、ミラー１００の用途に応じて設定される。ただし、ミラー本体１０の母材１１を板ガラスから形成する場合、市販の規格に従った厚みとすることが望ましい。

上記実施形態では、裏面支持ユニット２０として３つの支持体２１を用いて三点支持を行っているが、本発明はこのような裏面支持ユニット２０に限定されるものではない。例えばミラー本体１０の外周での撓みが大きい場合、中央領域Ａ０だけでなく、周辺部に支持体２１を追加することができる。また、ミラー本体１０が円形の輪郭を有しない場合、対称性が低く撓みが増加する傾向があるので、支持体２１の配置や個数を変更して支持のバランスをとる必要が生じる場合もある。

ミラー１００は、単独で使用することができるが、例えば図１０（Ａ）又は１０（Ｂ）に示すように、複数のミラー１００を組み合わせて大きなミラー１００Ａを構成することもできる。

転写部４２は、珪藻土に限らず、カーボングラファイト、加工性セラミックスその他の無機材料で形成することができるが、コスト、耐熱性、加工性等を考慮すると、現時点では珪藻土が優れていると考えられる。

支持部６２は、石膏に限らず、研磨用ワックス等で形成することができる。ただし、石膏は、前駆体１９１の裏面１９１ｂの形状にフィットさせやすく、硬化時の温度と使用時の温度とを一致させやすく、ある程度の強度を有しており、コストを抑えることができる点で、優れている。

上記実施形態では、加熱成形装置２００において板ガラス９１を湾曲させているが、予め湾曲させた板ガラス９１をさらに湾曲させることもできる。

上記実施形態では、加熱成形装置２００において板ガラス９１を自重で湾曲させているが、板ガラス９１をプレス等によって強制的に湾曲させることもできる。

上記実施形態では、仕上装置３００において研削と研磨とを行っているが、仕上装置３００で研磨のみを行うこともできる。

上記ミラー１００は、反射型光学望遠鏡に限らず、微弱光を高速度撮影可能な車載イメージセンシング装置の結像系、外光を室内に導く目的等で利用される光源照明系、突発事故等の災害や危機の監視装置の監視光学系、医療等の診断観察装置における観察光学系、高品位道路鏡、ステッパーの照明系等の各種分野に応用することができる。

上記ミラー１００は、可視光の波長域だけでなく、赤外その他の波長域で使用される光学機器に組み込むことができる。

１０…ミラー本体、 １０ａ…表面、 １０ｂ…裏面、 １１…母材、 １１ａ…表面、 １１ｂ…裏面、 １２…反射層、 １３…保護コート、 １４…反射膜、 １５…保護部材、 ２０…裏面支持ユニット、 ２１…支持体、 ３０…支持台、 ３４…連結部材、 ３５…チルト調整装置、 ３７…カバー、 ３８…充填部材、 ４０…転写型台、 ４１…台座、 ４２…転写部、 ４２ａ…転写面、 ４２ｃ…通気孔、 ５１…ヒータ、 ５３…排気装置、 ５８…炉壁、 ６０…仕上台、 ６１…基材部分、 ６２…支持部、 ７０…加工皿、 ８２…回転機構、 ９１…板ガラス、 １００…ミラー、 １９１…前駆体、 ２００…加熱成形装置、 ３００…仕上装置、 Ａ０…中央領域、 ＡＸ…軸、 ＯＡ…光軸

Claims (12)

1. ガラス製の板材を加熱によって軟化させて湾曲させることで形成されるととともに、研磨を含む表面仕上処理を施した光学面と、前記光学面に対向する裏面とを有する板状の母材と、
   前記母材の前記光学面上に形成された反射膜と
   を備えるミラー。
2. 前記母材の外周のうち少なくとも一部は、カットによって除去されている、請求項１に記載のミラー。
3. 前記母材は、前記裏面側の中央領域に接着された複数の支持体によって支持されている、請求項１及び２のいずれか一項に記載のミラー。
4. 前記複数の支持体は、ガラス製の円筒部材であり、当該円筒部材の一端で前記中央領域に接着される、請求項３に記載のミラー。
5. 前記複数の支持体は、チルト調整装置を含む支持台上に固定されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載のミラー。
6. ガラス製の板材を準備する工程と、
   前記板材を上部に転写面を有する転写型台上で加熱によって軟化させ湾曲させることで湾曲面を有する前駆体を形成する工程と、
   前記前駆体を仕上台上に固定して前記湾曲面に対して研磨を含む表面仕上処理を行うことによって光学面を有する板状の母材を形成する工程と、
   前記母材の前記光学面上に反射膜を形成する工程と
   を備えるミラーの製造方法。
7. 前記反射膜は、アルミニウム製の蒸着層で形成されている、請求項６に記載のミラーの製造方法。
8. 前記反射膜は、前記基材上の反射層を被覆する保護コートを有する、請求項６及び７のいずれか一項に記載のミラーの製造方法。
9. 前記ガラス製の板材は、厚みが一様な平板ガラスである、請求項６から８までのいずれか一項に記載のミラーの製造方法。
10. 前記転写型台は、前記転写面を形成した珪藻土製の転写部を有する、請求項６から９までのいずれか一項に記載のミラーの製造方法。
11. 前記仕上台は、前記前駆体の裏面を支持する石膏製の支持部を有する、請求項６から９までのいずれか一項に記載のミラーの製造方法。
12. 前記前駆体を形成する工程で、加熱された前記板材の裏面を前記転写型台の前記転写面に吸引する、請求項６から１１までのいずれか一項に記載のミラーの製造方法。

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