一種光致異構反射鏡系統的制作方法
【專利摘要】一種光致異構反射鏡系統，采用具有光致異構特性的偶氮苯衍生物復合薄膜作為反射鏡材料，通過控制偏振光對此材料薄膜反射鏡的照射方向、時間及功率，改變薄膜反射鏡面形，滿足光學系統的成像精度要求。光致異構反射鏡系統主要包括薄膜反射鏡組件、反射鏡組件支撐結構、掃描裝置、偏振及能量控制裝置、擴束裝置以及激光器，激光器出射的激光經過擴束裝置、偏振及能量控制裝置轉變成滿足系統控制要求的光束，掃描裝置根據系統要求調整光束的方向，照射指定區域，利用材料光致異構特性調整反射鏡面形。此系統具有質量輕、面形精度可控的特點，可做成大口徑反射鏡，運用于空間遙感器，降低遙感器的重量、節約遙感器的研制成本。
【專利說明】一種光致異構反射鏡系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于航天光學遙感領域，涉及一種空間遙感器超輕型反射鏡系統，適用于未來輕型遙感器的研制需求。
【背景技術】
[0002]隨著航天技術的快速發展以及軍民對航天遙感需求的不斷提高，大幅度增加遙感器的口徑及焦距成了必然趨勢，為此，遙感器的重量和體積也成倍增長，導致遙感器的研制成本大幅加，給運載發射也帶來了非常大的挑戰，因此需要減小遙感器的體積與重量，節約研制與發射成本。另一方面隨著遙感器口徑的增大，光學系統的精度難以滿足光學成像特別是可見光成像要求，因而需要在軌對遙感器光學系統精度進行實時調整以滿足系統需求。因此，遙感器反射鏡的輕型化以及面形可控成為亟待解決的問題。
【發明內容】
[0003]本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足，一種光致異構反射鏡系統，降低反射鏡組件的重量，滿足了大型光機系成像需求。
[0004]本發明的技術方案是:一種光致異構反射鏡系統，包括基板、激光器、擴束裝置、偏振及能量控制裝置、掃描裝置、反射鏡組件支撐結構、薄膜反射鏡組件、波前探測器、控制分系統；激光器、擴束裝置、偏振及能量控制裝置、掃描裝置從左向右依次固定安裝在基板上；反射鏡組件支撐結構的一端通過鉸鏈與薄膜反射鏡組件固定連接，另一端通過螺栓與基板固定連接；通過反射鏡組件支撐結構將薄膜反射鏡組件支撐在掃描裝置的上方；
[0005]波前探測器探測到外部光學系統發出的波前信號，并反饋給控制分系統；控制分系統根據波前信號生成控制信息并分別輸入至擴束裝置、偏振及能量控制裝置、掃描裝置；偏振光由激光器出射后，送至擴束裝置；擴束裝置根據控制分系統輸入的控制信號改變偏振光的光束口徑后，送至偏振及能量控制裝置；偏振及能量控制裝置根據控制分系統輸入的控制信號調整偏振光的偏振方向以及功率大小，并將調整后的偏振光出射至掃描裝置；掃描裝置根據控制分系統輸入的控制信號調整偏振光的反射方向，并將反射后的偏振光入射至薄膜反射鏡組件上的需要調整面形的區域；偏振光在控制分系統的調控下不斷地調整薄膜反射鏡組件的面形，直至薄膜反射鏡組件的面形精度滿足閾值。
[0006]所述薄膜反射鏡組件包括復合薄膜反射鏡、上壓環、下壓環和壓緊結構；通過上壓環、下壓環和多個壓緊結構配合將復合薄膜反射鏡壓緊；所述復合薄膜反射鏡為由偶氮苯及聚酰亞胺復合而成的薄膜，合成時先對聚酰亞胺薄膜進行打磨處理，然后在打磨后的聚酰亞胺薄膜表面加入粉末狀偶氮苯材料。
[0007]所述掃描裝置包括掃描反射鏡組件、水平方向轉動軸、豎直方向轉動軸、掃描鏡連接結構、驅動機構以及掃描裝置底座，掃描反射鏡組件通過小型軸承與水平方向轉動軸固連，水平方向轉動軸固定安裝在掃描鏡連接結構上；同時掃描鏡連接結構還與豎直方向轉動軸通過軸承連接；驅動機構固定安裝于掃描裝置底座上，控制水平方向轉動軸與豎直方向轉動軸的運動；所述反射鏡組件由反射鏡和支撐結構組成。
[0008]所述反射鏡組件支撐結構由多個桿式支撐結構組成。
[0009]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0010](I)本發明采用具有光致異構特性的復合薄膜材料，利用其在偏振光照射下具有宏觀變形的點，將其制作成薄膜反射鏡，因而重量可以特別輕，顯著節約反射鏡組件的研制成本；
[0011](2)本發明中光致異構薄膜反射鏡的支撐方式采用周邊壓緊方式，較傳統的反射鏡支撐方式，結構更簡單，裝調精度要求降低，更易操作；
[0012](3)本發明通過控制入射鏡面的偏振光的能量，光斑大小及偏振方向實時調整光致異構薄膜反射鏡的面形精度以滿足成像要求，避免了遙感器在軌時因為加工、裝調以及失重影響而導致的不可恢復的面形變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的輕型反射鏡系統組成圖；
[0014]圖2為本發明掃描裝置組成圖；
[0015]圖3為本發明的光致異構反射鏡組件圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供了一種輕型光致異構反射鏡系統，安裝于遙感器光機系統內，用作空間光學遙感器反射鏡，可做成大口徑反射鏡，重量輕并且可以通過偏振的控制光致異構薄膜反射鏡的面形，滿足光學系統成像需求。
[0017]輕型光致異構反射鏡系統采用新型的高穩定性、高均勻性偶氮苯衍生物及聚酰亞胺薄膜做成的復合薄膜，利用偶氮苯衍生物的光致異構特性，通過改變入射鏡面的偏振光的能量，光斑大小及偏振方向實時調整薄膜反射鏡的面形變化。
[0018]如圖1所示，本發明包括基板1、激光器2、擴束裝置3、偏振及能量控制裝置4、掃描裝置5、反射鏡組件支撐結構6、和薄膜反射鏡組件7。基板I是整個光致異構反射鏡系統的主承力結構，有嚴格的結構穩定性要求，保證偏振光束的方向的準確性以及各部件能夠安裝牢靠，它提供各部件的安裝接口，并且保證各部件的安裝強度滿足使用要求，是光致異構反射鏡系統與遙感器連接結構；激光器2是偏振光的發射元件，它提供系統控制所需的高質量初始光能量，通過支撐結構安裝固定于基板I上；擴束裝置3起到調整光束口徑大小的作用，通過支撐結構安裝固定于基板I上；偏振及能量控制裝置4實現激光器出射光線的偏振方向的調制及能量大小的調整，通過支撐結構安裝固定于基板I上；掃描裝置5直接引導偏振光的入射方向，對薄膜反射鏡指定區域進行形狀調整，從而改變反射鏡的局部面形；反射鏡組件支撐結構6由數根桿狀結構組成，兩端分別通過鉸鏈及螺栓組件與薄膜反射鏡組件7以及基板I連接，起著支撐薄膜反射鏡組件7的作用，保證薄膜反射鏡組件7在光學成像過程中位置的穩定性；薄膜反射鏡組件7承擔反射光線的作用，由具有光致異構特性的偶氮苯衍生物與聚酰亞胺組成復合反射膜以及相應的結構件組成，結構件保證光致異構薄膜處于光學系統的要求預成型狀態，并有一定結構強度，能經歷發射力學環境的沖擊，保證光致異構薄膜不被破壞；[0019]如圖2所示，掃描裝置5由掃描反射鏡組件51、水平方向轉動軸52、豎直方向轉動軸53、掃描鏡連接結構54、驅動機構55以及掃描裝置底座56組成，掃描反射鏡組件51將從偏振及能量控制裝置4出射的偏振光引導到光致異構薄膜反射鏡面形需要調整的區域，與水平方向轉動軸52固連，水平方向轉動軸52調整掃描反射鏡組件51 —個轉動自由度，聯合豎直方向轉動軸53實現偏振光線兩個方向的調整；水平方向轉動軸52通過軸承安裝于掃描鏡連接結構54，豎直方向轉動軸53直接驅動掃描鏡連接結構54，連接于驅動機構55，掃描裝置底座56固定驅動機構55同時使整個掃描裝置安裝于基板I上。
[0020]如圖3所示，薄膜反射鏡組件7由復合薄膜反射鏡71、上壓環72、下壓環73和壓緊結構74組成，復合薄膜反射鏡71是采用高穩定性、高均勻性偶氮苯衍生物及聚酰亞胺制作成復合薄膜，在其反射面上鍍一層反射膜達到反射光線的作用，在安裝過程中，通過輔助裝置將復合薄膜反射鏡71拉伸至平展狀態，再用上壓環72、下壓環73固定，撤除輔助裝置后，再用壓緊結構74將薄膜反射鏡組件7進一步加強，防止結構遭受破壞。
[0021]本發明的工作原理:
[0022]薄膜反射鏡組件7中的復合薄膜反射鏡71由偶氮苯及聚酰亞胺復合而成，在高精度的基底上先成型聚酰亞胺薄膜，再對聚酰亞胺薄膜進行打磨處理，然后在打磨后聚酰亞胺薄膜表面加入粉末狀偶氮苯材料，再加上壓板進行加熱處理，最后將復合薄膜從基底上分離，再在復合薄膜表面鍍反射膜。在偏振光的照射下，具有改變薄膜曲率的特殊性能。位于整個光學系統后端的波前探測器(圖中未標明)接受波前信號，并反饋給光致異構反射鏡系統中的控制分系統，從而控制整個反射鏡系統的運作。偏振光由激光器2出射后，經過擴束裝置3，擴束裝置3根據控制分系統的輸入信號改變偏振光的光束口徑，再經過偏振及能量控制裝置4，偏振及能量控制裝置4根據控制分系統的輸入信號調整偏振光的偏振方向以及功率大小，出射的光束到達已由控制分系統調整好方向的掃描裝置5入射到薄膜反射鏡組件7中需要調整面形的區域，這部分區域的面形對薄膜反射鏡組件7整體面形精度影響較大，因而需要偏振光對此區域加以調整。波前探測器再次探測波前誤差并輸入到控制分系統，控制分系統處理后計算出需要照射的時間，控制激光入射到反射鏡指定位置，不斷重復這個過程，使薄膜反射鏡組件7面形精度保持在使用要求范圍內。
[0023]波前探測器實時進行波前探測，并將波前誤差信息實時傳遞給光致異構反射鏡控制分系統，控制分系統根據光學系統成像需求對需要面形調整的區域按照上述流程進行調整，以滿足整個光學系統的成像對波前精度的需求。
[0024]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種光致異構反射鏡系統，其特征在于:包括基板(I)、激光器(2)、擴束裝置(3)、偏振及能量控制裝置(4)、掃描裝置(5)、反射鏡組件支撐結構(6)、薄膜反射鏡組件(7)、波前探測器、控制分系統；激光器(2)、擴束裝置(3)、偏振及能量控制裝置(4)、掃描裝置(5)從左向右依次固定安裝在基板(I)上；反射鏡組件支撐結構(6)的一端通過鉸鏈與薄膜反射鏡組件(7)固定連接，另一端通過螺栓與基板(I)固定連接；通過反射鏡組件支撐結構(6)將薄膜反射鏡組件(7)支撐在掃描裝置(5)的上方； 波前探測器探測到外部光學系統發出的波前信號，并反饋給控制分系統；控制分系統根據波前信號生成控制信息并分別輸入至擴束裝置(3)、偏振及能量控制裝置(4)、掃描裝置(5);偏振光由激光器(2)出射后，送至擴束裝置(3);擴束裝置(3)根據控制分系統輸入的控制信號改變偏振光的光束口徑后，送至偏振及能量控制裝置(4);偏振及能量控制裝置(4)根據控制分系統輸入的控制信號調整偏振光的偏振方向以及功率大小，并將調整后的偏振光出射至掃描裝置(5);掃描裝置(5)根據控制分系統輸入的控制信號調整偏振光的反射方向，并將反射后的偏振光入射至薄膜反射鏡組件(7)上的需要調整面形的區域；偏振光在控制分系統的調控下不斷地調整薄膜反射鏡組件(7)的面形，直至薄膜反射鏡組件(7)的面形精度滿足閾值。
2.根據權利要求1所述的一種光致異構反射鏡系統，其特征在于:所述薄膜反射鏡組件(7)包括復合薄膜反射鏡(71)、上壓環(72)、下壓環(73)和壓緊結構(74);通過上壓環(72)、下壓環(73)和多個壓緊結構(74)配合將復合薄膜反射鏡(71)壓緊；所述復合薄膜反射鏡(71)為由偶氮苯及聚酰亞胺復合而成的薄膜，合成時先對聚酰亞胺薄膜進行打磨處理，然后在打磨后的聚酰亞胺薄膜表面加入粉末狀偶氮苯材料。
3.根據權利要求1所述的一種光致異構反射鏡系統，其特征在于:所述掃描裝置(5)包括掃描反射鏡組件(51)、水平方向轉動軸(52)、豎直方向轉動軸(53)、掃描鏡連接結構(54)、驅動機構(55)以及掃描裝置底座(56)，掃描反射鏡組件(51)通過小型軸承與水平方向轉動軸(52)固連，水平方向轉動軸(52)固定安裝在掃描鏡連接結構(54)上；同時掃描鏡連接結構(54)還與豎直方向轉動軸(53)通過軸承連接；驅動機構(55)固定安裝于掃描裝置底座(56 )上，控制水平方向轉動軸(52 )與豎直方向轉動軸(53 )的運動；所述反射鏡組件(51)由反射鏡和支撐結構組成。
4.根據權利要求1所述的一種光致異構反射鏡系統，其特征在于:所述反射鏡組件支撐結構(6)由多個桿式支撐結構組成。
【文檔編號】G02B7/198GK103472567SQ201310446711
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】蘇云, 金建高, 阮寧娟, 王小勇, 楊秉新, 吳憲珉 申請人:北京空間機電研究所