이미징 품질에 대한 수요가 시장에서 계속 증가함에 따라 고정밀 광학 비구면 렌즈는 광학 기기, 우주 레이저 통신, 항공 우주 및 기타 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 전통적인 구형 렌즈와 비교할 때, 비구면 렌즈는 다양한 곡률 반경으로 설계되어 근축 광선과 한계 광선의 초점이 일치 할 수 있습니다. 이것은 파면 수차, 코마 및 왜곡과 같은 광학 수차를 감소시켜 구형 이미지 오류를 효과적으로 보정합니다. 또한, 아스팔머 렌즈는 높은 이미징 품질을 달성하기 위해 추가 렌즈에 대한 필요성을 제거하여보다 작고 가벼운 광학 시스템의 개발을 용이하게합니다.
CCOS (Computer-Controlled Optical Surfacing) 는 전통적인 연마 경험과 현대적인 수치 제어 기술을 결합한 고급 처리 기술입니다. 기술이 더욱 정교 해짐에 따라 점차 전통적인 연마 방법을 대체하여 중국에서 비구면 렌즈 가공을위한 주류 기술이되었습니다. 실제 처리 동안, 타겟 공작물의 표면 형태 데이터는 제어 시스템에 미리 입력될 수 있다. 특정 연마 환경을 기반으로, 유지 시간, 속도, 연마 경로 및 공구 헤드의 연마 압력과 같은 주요 요소, 연마 슬러리의 pH 값 및 농도, 공구 배향 각도 및 온도와 같은 2 차 조건이 제어된다. 반복된 검출 및 처리를 통해, 광학 표면 정확도와 타겟 표면 정확도 사이의 오차가 연속적으로 감소되어, 궁극적으로 원하는 표면 정확도를 달성한다.
고전적인 연마 기술과 비교하여, CCOS는 전체 광학 표면의 연마 공정을 가능한 한 정확하게 시뮬레이션하여 비교적 높은 가공 정밀도를 달성 할 수있는 결정적 처리 방법입니다. 그러나, 공구 헤드의 스몰 사이즈 인해, CCOS는 또한 대구경 비구면 렌즈를 연마할 때 낮은 처리 효율의 문제에 직면한다. 또한, 연마 패드가 시간이 지남에 따라 마모됨에 따라 제거 기능이 지속적으로 안정적으로 유지 될 수 없으며, 이는 또한 어느 정도 정밀도에 영향을 미칠 수 있습니다.
비구면 광학 요소를 제조 할 때 소형 공구 헤드의 가공 효율을 향상시키기 위해 더 큰 공구 헤드가 종종 더 높은 재료 제거 속도를 달성하는 데 사용됩니다. 연마 랩은 일반적으로 대형 공구 헤드 역할을합니다. 그러나, 더 큰 연마 랩과 비구면 광학 요소의 불량한 적합성으로 인해, 고정밀 프로세싱을 달성하는 것이 어려워진다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 공구 헤드 (랩 연마) 를 최적화하고 스트레스 랩 연마 기술을 개발했습니다.
스트레스 랩 연마 기술은 공작물을 연마하기 위해 연마 랩의 능동적 변형을 포함합니다. 특히, 스트레스 랩의 방사형 변환 및 회전을 포함하는 동적 연삭 및 연마 공정 동안, 컴퓨터는 스트레스 랩을 실시간으로 제어한다. 이러한 제어는 처리되는 비구면의 이론적 표면 형상과 일치하도록 랩 표면의 동적 변형을 유도한다. 이는 능동 랩 처리 동안 연마 랩이 비구면 표면에 부합하도록 보장하여 더 안정적인 재료 제거 및 더 높은 정밀도를 허용합니다.
CCOS 기술과 비교하여 스트레스 랩 연마 기술은 더 높은 처리 효율을 제공하며 표면 고점을 우선적으로 제거하여 로컬 중고 주파수 오류를 효과적으로 수정할 수 있습니다. 이는 넓은 범위의 공간 주파수에 걸쳐 자연스럽게 매끄러운 거울 표면을 가져오므로, 특히 대구경 비구면 광학 가공에 적합하다. 2 미터, 4 미터, 심지어 8 미터 크기의 기본 거울을 효율적이고 정확하게 처리하는 주요 기술 중 하나가되었습니다. 그러나, 응력 랩이 공작물 표면과 접촉하게 유지되도록 굽힘 모멘트 및 토크를 변경하기 위해 액추에이터를 조정할 필요성은 제어 프로세스를 더욱 복잡하게 만든다.
에어백 연마는 여전히 CCOS의 기본 모양 보정 이론을 사용하지만 특정 에어백으로 구성된 연마 도구 헤드를 사용합니다.압력 및 폴리 우레탄 연마 패드의 층이 표면에 부착되었습니다. 연마하는 동안, 에어백의 내부 공기 압력은 연마되는 광학 소자의 크기 및 형상에 따라 실시간으로 조정될 수 있다. 이는 연마 도구 헤드가 공작물의 표면에 거의 완전히 부합하도록 보장하여, 광학 요소의 국부 연마 영역에서의 제거 기능이 일관됨을 보장한다. 이는 표면 거칠기를 효과적으로 개선하고 후처리 표면 정확도를 제어한다.
또한, 전체 에어백 연마 공정은 CNC 시스템에 의해 제어된다. 연마는 제어된 속도 및 압력을 갖는 설정 경로를 따라 (자이로스코프의 움직임과 유사한) "세차" 방식으로 수행된다. 매개 변수는 유연하고 제어 할 수있어 연마 과정에서 재료 제거의 안정성을 보장합니다.
현재, 리소그래피 대물 렌즈의 가공에서, 에어백 연마 기술은 이온 빔 연마 이전에 주류 전처리 기술이 되었다. 그러나, 연마 스폿 크기가 작고, 에어백 연마의 재료 제거율이 낮기 때문에, 대구경 비구면 (미터 규모 이상) 에 요구되는 처리 시간은 매우 길다. 또한, 중대 고주파 에러를 발생시키는 경향이 있다.
MRP (Magnetorheological polishing) 는 전자기학, 분석 화학 및 유체 역학의 이론을 통합하는 고급 처리 기술입니다. "연마 도구 헤드" 는 기울기 자기장에서 유변학 적 변화를 겪는 자기 유체로, 점성 특성을 가진 "유연한 연마 금형" 을 형성합니다. 이 금형의 모양과 경도는 자기장에 의해 실시간으로 제어 될 수 있습니다.
폴리싱 동안, 자기 유체에 의해 형성된 "공구 헤드" 는 접촉 영역에서 전단력을 발생시킨다. 공작물의 회전 각도와 속도를 조정함으로써 표면을 가로 질러 균일 한 재료 제거가 이루어질 수 있으므로 매끄러운 마무리가 가능합니다. 이 기술은 연마 공정에 대한 정확한 제어를 가능하게하여 복잡한 광학 구성 요소에 고품질의 표면을 달성하는 데 적합합니다.
종래의 가공 방법에 비해, 자기간 연마 (MRP) 는 몇 가지 장점을 제공한다. 자기장 강도를 조정함으로써, 응고된 자기 유체 유체의 형상 및 경도가 변경될 수 있어, 높은 연마 효율을 갖는 광학 요소로부터 정밀하고 정량적인 재료 제거를 가능하게 한다. 또한, 처리되는 광학 요소의 표면은 응력의 변화에 따라 변형되지 않고, 표면 아래 손상 층의 형성을 방지하고 높은 표면 품질을 보장한다.
또한, 자기 유체에 의해 형성된 연마 헤드는 마모를 경험하지 않기 때문에, 제거 기능은 일관되게 연속적이다. 그러나 MRP는 곡률 반경을 가진 볼록 표면에만 적합합니다. 오목한 표면의 경우 곡률 반경은 연마 휠의 반경보다 커야합니다.
현재 미국 회사 QED는 2 미터에서 4 미터의 직경을 처리 할 수있는 MRP 장비를 개발했습니다. 이 장비는 이미 대구경 천문 비구면 거울의 고정밀 가공에 사용되고 있습니다.
이온 빔 연마 (IBP) 는 원자 수준에서 응력이 없는 비접촉 연마를 달성한다. 이 원리는 이온 소스를 사용하여 진공 환경에서 광학 렌즈의 표면을 폭격하기 위해 특정 에너지 및 공간 분포를 가진 이온 빔을 방출하는 것을 포함합니다. 광학 표면의 원자가 충분한 에너지를 받으면 표면 결합력을 극복하고 물리적 스퍼터링을 거쳐 원자 수준의 연마를 달성합니다.
이 기술은 매우 정밀한 재료 제거를 가능하게하여 매우 부드럽고 매우 정확한 표면이 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 이온 빔 연마의 비접촉 특성은 기계적 응력 또는 변형을 도입 할 위험을 제거하여 광학 장치의 무결성을 보장합니다.Urface.
높은 연마 정밀도, 지하 손상 부재 및 높은 안정성으로 인해, 이온 빔 연마 (IBP) 는 광학 처리 분야에서 높이 평가된다. 가장자리 효과 또는 표면 및 지하 손상 문제로 고통받지 않습니다. MRP (magnetorheological polishing) 와 함께 IBP는 지난 30 년 동안 광학 가공에서 가장 혁신적인 기술 중 하나로 간주됩니다.
그러나, 원자레벨 폴리싱 기술로서, IBP는 재료 제거율이 비교적 낮다. 이것은 대직경 비구면 거울의 최종 고정밀 표면 요건을 달성하는데 특히 적합하다. 현재, 이온 빔 연마를 사용하여 리소그래피 대물 렌즈용 비구면 제조를 통해 최대 1 nm의 RMS (Root Mean Square) 값으로 표면 정확도를 달성할 수 있다. 이러한 수준의 정밀도는 광학 부품의 최고 품질과 성능을 보장하는 고급 광학 응용 분야에 중요합니다.
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