[發明專利]長波紅外充氣式薄膜反射鏡及其主鏡面形生成方法

有效

• 申請號: 201310519164.0
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103513309A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張樹青;譚雙龍;王治樂;王敬洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08;G02B1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種用于作為大口徑空間望遠鏡系統的充氣式薄膜反射鏡及其主鏡面形生成方法。

背景技術

隨著航空航天技術的發展，對光學反射鏡的要求越來越高，低成本、高分辨率、重量輕、便于攜帶成為重要的技術指標。傳統的反射鏡受到鏡體本身重量的約束很難滿足大口徑的要求，使得成像分辨率很難提高，并且隨著口徑的增加其可攜帶性較差，不滿足運載火箭承載空間要求。

目前解決空間大口徑要求的主要方法為孔徑拼接技術，即用尺寸小的反射鏡合成大孔徑的拼接鏡面，但這種方法制備的空間反射鏡受到反射鏡自身重量的限制很難實現超大孔徑，難以滿足空間反射鏡對更大口徑的需求。

充氣式薄膜反射鏡的出現很好的解決了口徑與重量之間的矛盾。由于聚酰亞胺薄膜的機械性能、耐熱性、耐腐蝕性等均滿足制備反射鏡的條件，所以一般采用聚酰亞胺薄膜作為制造反射鏡的薄膜材料。用聚酰亞胺薄膜制作充氣式薄膜反射鏡比傳統反射鏡具有明顯的優勢：質量非常小、可制成大孔徑系統，解決反射鏡口徑和重量相互制約的問題。

目前，充氣式薄膜反射鏡主要用于空間天線與太陽能帆板等領域，這是由于制造滿足光學成像要求的薄膜很困難。國內外科研院所在聚酰亞胺薄膜領域進行了大量科學實驗，證明了充氣式薄膜反射鏡可應用于光學成像，但薄膜面形成型制造工藝比較繁瑣，實施起來難度較大。

充氣式薄膜反射鏡作為大口徑空間望遠鏡主鏡具有很多優點，但是充氣后得到的面形很難保證光學成像的要求，制備滿足光學成像要求的薄膜成為當前充氣式反射鏡面臨的重要問題。

發明內容

為了解決目前大口徑空間望遠系統的主鏡面形設計難度，本發明提出了一種長波紅外充氣式反射鏡裝置以及主鏡拋物面面形生成方法。

本發明提出的充氣式薄膜反射鏡由第一聚酰亞胺薄膜層和第二聚酰亞胺薄膜層組成，兩層聚酰亞胺薄膜之間通過密封圈實現密封連接，密封圈上設有充氣孔，充氣孔通過充氣管與充氣裝置連接；所述第一聚酰亞胺薄膜層是透明的；第二聚酰亞胺薄膜層作為工作反射面是不透明的，靠近第一聚酰亞胺薄膜層的表面鍍一層均勻等厚度的鋁膜，另一側表面鍍銅膜。薄膜反射鏡充氣后，實際面形與理想拋物面有較大的差異，通過鍍膜方法預先對薄膜進行處理，使薄膜反射鏡的面形滿足所要求的拋物面，即采用在基底上鍍不同厚度的銅膜實現變化薄膜的彈性模量，從而改善薄膜反射面的表面面形近似接近理想拋物面，以達到光學成像系統要求。

基于上述充氣式薄膜反射鏡主鏡面形生成方法如下：

步驟一、計算充氣式薄膜反射鏡理想拋物面面形參數；

步驟二、根據薄膜反射鏡面形尺寸將薄膜至少分為10個均等圓環，對每個圓環分配鍍膜厚度；

步驟三、將薄膜放入真空鍍膜機中，運用分層鍍膜的方法，采用遮擋鍍膜的方式分別從內向外進行預鍍；

步驟四、利用膜層厚度儀控制鍍層厚度，將此厚度輸出與計算得出的理想厚度進行比較，并運用補償法對理論模型進行校準，使實際的鍍膜厚度達到或者接近理論計算薄膜厚度。

用聚酰亞胺薄膜制作充氣式薄膜反射鏡比傳統反射鏡具有明顯的優勢：質量非常小、可制成大孔徑系統，解決反射鏡口徑和重量相互制約的問題。根據充氣式所設計的充氣式薄膜反射鏡裝置，提出了一種基于變鍍膜厚度的方法來實現反射鏡主鏡表面面形的方法，來解決充氣式薄膜反射鏡面形生成難度。通過理論計算充氣后薄膜與理想拋物面之間的面形誤差即henky-curve曲線，將薄膜展平放在真空鍍膜機中分為10個環帶遮擋鍍膜，每個環帶對應henky-curve曲線不同位置，根據henky-curve曲線的誤差值設定鍍膜厚度，達到變彈性模量的目的，從而實現理想面形的拋物面表面，達到光學成像的目的。本發明具有以下優點：

1、本發明的長波紅外充氣式薄膜反射鏡可用于光學成像，作為系統主鏡其結構簡單、質量較小、成本低、可制成大口徑光學系統。

2、本發明通過鍍膜膜層厚度的變化來實現充氣式薄膜反射鏡的反射面面形接近拋物面，這種方法工藝簡單、易于實現和大規模推廣，并且所生成的面形精度較高。

附圖說明

圖1為本發明所述長波紅外充氣式反射鏡作為大孔徑望遠鏡的結構示意圖；

圖2為本發明所述長波紅外充氣式反射鏡作為大孔徑望遠鏡主鏡結構示意圖；

圖3為本發明所述長波紅外充氣式反射鏡作為大孔徑望遠鏡的鍍膜膜層示意圖。

具體實施方式