[发明专利]用于光学表面的成形控制的方法

说明书

一种用于成形光学元件的光学表面以实现光学表面的目标轮廓的方法，包括：对光学表面的沿着第一方向延伸的延伸区域应用去除处理，以从光学表面的延伸区域去除材料；沿着垂直于第一方向的第二方向调整光学表面相对于去除处理的位置，以从光学表面的附加延伸区域去除材料，附加延伸区域在光学表面的沿着第二方向的每个不同位置处沿着第一方向延伸；以及对于光学表面围绕垂直于第一方向和第二方向的第三方向的多个旋转取向中的每一个，重复去除处理的应用和光学表面相对于去除处理的调整，以实现光学表面的目标轮廓。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月1日根据35USC§119提交的美国临时专利申请第62/812,663号的优先权。该临时申请的全部内容通过引用整体并入本文。

背景技术

光学元件的制造通常涉及至少在元件的光学表面上相对于光学表面的目标轮廓进行整形(或“成形(figure)”)。该目标表面可以是平面、球面或一些其他定义的形式，诸如非球面表面或甚至自由形式的表面。实现这样的轮廓的技术是多种多样的，并且通常涉及在光学元件的全孔径上进行研磨和抛光。对于更高精度的光学器件，该技术通常还涉及光学表面的确定性局部(或“子孔径”)处理，以实现目标轮廓。

子孔径成形涉及使用一些小的(相对于衬底的尺寸)去除函数，该去除函数以变化的速度停留在表面上，以局部地去除较大衬底的子区域中的材料，从而校正全局成形。有许多技术可用于执行子孔径成形校正。磁流变精加工(MRF)是一种常见的商业上可用的技术。离子束成形(IBF)是另一种方法，其由于去除函数的稳定性而被大量利用。大多数子孔径精加工技术在某种程度上受到物理约束(例如，施加的压力、器具磨损、器具位移公差、机器速度或加速度约束等)的限制，并且由于处理的局部性质，当在任何合理稳定的条件下使用时，这些技术通常也受到体积去除速率的限制。这可能会导致处理时间长。对此类型处理的其他限制有时包括，例如，微粗糙度的退化、表面质量的问题、中间空间表面误差的引入和边缘排除。

因此，通常使用多种处理技术来对单个光学元件成形。例如，通常在较大的“批量”去除模式中使用成形技术来校正较长的空间长度表面误差，然后切换模式以使用较小的去除函数来解决衬底中较高的空间周期。这样做是为了提高收敛效率并最小化处理时间。

总之，子孔径处理的确定性为有效地整形光学衬底提供了很大的优点。然而，这可能伴随着表面质量、边缘效应、粗糙度、运行时间的权衡，或者表面的较高空间频率特性的退化。当必须去除相对大体积的材料以实现期望的结果时，这样的权衡会越来越成问题(这通常是大型光学元件的情况)。

发明内容

本文公开了用于对光学表面进行成形的方法的实施例。实施例解决了常规子孔径精加工的问题，并且仍然保持高水平的确定性。它们涉及全局和局部成形方法的混合，以提供与全孔径处理相当的去除速率效率以及子孔径处理的确定性。

一般地，在一个方面，公开了一种用于成形光学元件的光学表面以实现光学表面的目标轮廓的方法。该方法包括：a)对光学表面的沿着第一方向延伸的延伸区域应用去除处理，以从光学表面的延伸区域去除材料；以及b)沿着垂直于第一方向的第二方向调整光学表面相对于去除处理的位置，以从光学表面的附加延伸区域去除材料，该附加延伸区域在光学表面的沿着第二方向的每个不同位置处沿着第一方向延伸。在去除处理的应用和光学表面相对于去除处理的调整期间，光学表面具有围绕第三方向的第一旋转取向，该第三方向垂直于第一方向和第二方向。该方法还包括：c)对于光学表面围绕第三方向的一个或多个附加旋转取向中的每一个，重复去除处理的应用和光学表面相对于去除处理的调整，以实现光学表面的目标轮廓。

该方法的实施例可以包括一个或多个以下特征。

光学表面的沿着第一方向延伸的延伸区域可以沿着第一方向延伸穿过光学表面的全孔径，通过去除处理从该延伸区域去除材料。在某些实施例中，光学表面的全孔径大于25厘米，或大于50厘米，或甚至大于100厘米。