一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，采用具有光致異構(gòu)特性的偶氮苯衍生物復(fù)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(xué)系統(tǒng)的成像精度要求。光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)主要包括薄膜反射鏡組件、反射鏡組件支撐結(jié)構(gòu)、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(jīng)過擴束裝置、偏振及能量控制裝置轉(zhuǎn)變成滿足系統(tǒng)控制要求的光束，掃描裝置根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)整光束的方向，照射指定區(qū)域，利用材料光致異構(gòu)特性調(diào)整反射鏡面形。此系統(tǒng)具有質(zhì)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(jié)約遙感器的研制成本。
【專利說明】一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天光學(xué)遙感領(lǐng)域，涉及一種空間遙感器超輕型反射鏡系統(tǒng)，適用于未來輕型遙感器的研制需求。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的快速發(fā)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(dǎo)致遙感器的研制成本大幅加，給運載發(fā)射也帶來了非常大的挑戰(zhàn)，因此需要減小遙感器的體積與重量，節(jié)約研制與發(fā)射成本。另一方面隨著遙感器口徑的增大，光學(xué)系統(tǒng)的精度難以滿足光學(xué)成像特別是可見光成像要求，因而需要在軌對遙感器光學(xué)系統(tǒng)精度進(jìn)行實時調(diào)整以滿足系統(tǒng)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(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，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(fā)明的技術(shù)方案是:一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)、薄膜反射鏡組件、波前探測器、控制分系統(tǒng)；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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)系統(tǒng)發(fā)出的波前信號，并反饋給控制分系統(tǒng)；控制分系統(tǒng)根據(jù)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(jù)控制分系統(tǒng)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(jù)控制分系統(tǒng)輸入的控制信號調(diào)整偏振光的偏振方向以及功率大小，并將調(diào)整后的偏振光出射至掃描裝置；掃描裝置根據(jù)控制分系統(tǒng)輸入的控制信號調(diào)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(diào)整面形的區(qū)域；偏振光在控制分系統(tǒng)的調(diào)控下不斷地調(diào)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(fù)合薄膜反射鏡、上壓環(huán)、下壓環(huán)和壓緊結(jié)構(gòu)；通過上壓環(huán)、下壓環(huán)和多個壓緊結(jié)構(gòu)配合將復(fù)合薄膜反射鏡壓緊；所述復(fù)合薄膜反射鏡為由偶氮苯及聚酰亞胺復(fù)合而成的薄膜，合成時先對聚酰亞胺薄膜進(jìn)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(zhuǎn)動軸、豎直方向轉(zhuǎn)動軸、掃描鏡連接結(jié)構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)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(zhuǎn)動軸固連，水平方向轉(zhuǎn)動軸固定安裝在掃描鏡連接結(jié)構(gòu)上；同時掃描鏡連接結(jié)構(gòu)還與豎直方向轉(zhuǎn)動軸通過軸承連接；驅(qū)動機構(gòu)固定安裝于掃描裝置底座上，控制水平方向轉(zhuǎn)動軸與豎直方向轉(zhuǎn)動軸的運動；所述反射鏡組件由反射鏡和支撐結(jié)構(gòu)組成。
[0008]所述反射鏡組件支撐結(jié)構(gòu)由多個桿式支撐結(jié)構(gòu)組成。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0010](I)本發(fā)明采用具有光致異構(gòu)特性的復(fù)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(jié)約反射鏡組件的研制成本；
[0011](2)本發(fā)明中光致異構(gòu)薄膜反射鏡的支撐方式采用周邊壓緊方式，較傳統(tǒng)的反射鏡支撐方式，結(jié)構(gòu)更簡單，裝調(diào)精度要求降低，更易操作；
[0012](3)本發(fā)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?qū)崟r調(diào)整光致異構(gòu)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(diào)以及失重影響而導(dǎo)致的不可恢復(fù)的面形變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的輕型反射鏡系統(tǒng)組成圖；
[0014]圖2為本發(fā)明掃描裝置組成圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的光致異構(gòu)反射鏡組件圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提供了一種輕型光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，安裝于遙感器光機系統(tǒng)內(nèi)，用作空間光學(xué)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(gòu)薄膜反射鏡的面形，滿足光學(xué)系統(tǒng)成像需求。
[0017]輕型光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)采用新型的高穩(wěn)定性、高均勻性偶氮苯衍生物及聚酰亞胺薄膜做成的復(fù)合薄膜，利用偶氮苯衍生物的光致異構(gòu)特性，通過改變?nèi)肷溏R面的偏振光的能量，光斑大小及偏振方向?qū)崟r調(diào)整薄膜反射鏡的面形變化。
[0018]如圖1所示，本發(fā)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(jié)構(gòu)6、和薄膜反射鏡組件7。基板I是整個光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)的主承力結(jié)構(gòu)，有嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，保證偏振光束的方向的準(zhǔn)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(gòu)反射鏡系統(tǒng)與遙感器連接結(jié)構(gòu)；激光器2是偏振光的發(fā)射元件，它提供系統(tǒng)控制所需的高質(zhì)量初始光能量，通過支撐結(jié)構(gòu)安裝固定于基板I上；擴束裝置3起到調(diào)整光束口徑大小的作用，通過支撐結(jié)構(gòu)安裝固定于基板I上；偏振及能量控制裝置4實現(xiàn)激光器出射光線的偏振方向的調(diào)制及能量大小的調(diào)整，通過支撐結(jié)構(gòu)安裝固定于基板I上；掃描裝置5直接引導(dǎo)偏振光的入射方向，對薄膜反射鏡指定區(qū)域進(jìn)行形狀調(diào)整，從而改變反射鏡的局部面形；反射鏡組件支撐結(jié)構(gòu)6由數(shù)根桿狀結(jié)構(gòu)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(xué)成像過程中位置的穩(wěn)定性；薄膜反射鏡組件7承擔(dān)反射光線的作用，由具有光致異構(gòu)特性的偶氮苯衍生物與聚酰亞胺組成復(fù)合反射膜以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件組成，結(jié)構(gòu)件保證光致異構(gòu)薄膜處于光學(xué)系統(tǒng)的要求預(yù)成型狀態(tài)，并有一定結(jié)構(gòu)強度，能經(jīng)歷發(fā)射力學(xué)環(huán)境的沖擊，保證光致異構(gòu)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(zhuǎn)動軸52、豎直方向轉(zhuǎn)動軸53、掃描鏡連接結(jié)構(gòu)54、驅(qū)動機構(gòu)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(dǎo)到光致異構(gòu)薄膜反射鏡面形需要調(diào)整的區(qū)域，與水平方向轉(zhuǎn)動軸52固連，水平方向轉(zhuǎn)動軸52調(diào)整掃描反射鏡組件51 —個轉(zhuǎn)動自由度，聯(lián)合豎直方向轉(zhuǎn)動軸53實現(xiàn)偏振光線兩個方向的調(diào)整；水平方向轉(zhuǎn)動軸52通過軸承安裝于掃描鏡連接結(jié)構(gòu)54，豎直方向轉(zhuǎn)動軸53直接驅(qū)動掃描鏡連接結(jié)構(gòu)54，連接于驅(qū)動機構(gòu)55，掃描裝置底座56固定驅(qū)動機構(gòu)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(fù)合薄膜反射鏡71、上壓環(huán)72、下壓環(huán)73和壓緊結(jié)構(gòu)74組成，復(fù)合薄膜反射鏡71是采用高穩(wěn)定性、高均勻性偶氮苯衍生物及聚酰亞胺制作成復(fù)合薄膜，在其反射面上鍍一層反射膜達(dá)到反射光線的作用，在安裝過程中，通過輔助裝置將復(fù)合薄膜反射鏡71拉伸至平展?fàn)顟B(tài)，再用上壓環(huán)72、下壓環(huán)73固定，撤除輔助裝置后，再用壓緊結(jié)構(gòu)74將薄膜反射鏡組件7進(jìn)一步加強，防止結(jié)構(gòu)遭受破壞。
[0021]本發(fā)明的工作原理:
[0022]薄膜反射鏡組件7中的復(fù)合薄膜反射鏡71由偶氮苯及聚酰亞胺復(fù)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(jìn)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(jìn)行加熱處理，最后將復(fù)合薄膜從基底上分離，再在復(fù)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(xué)系統(tǒng)后端的波前探測器(圖中未標(biāo)明)接受波前信號，并反饋給光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)中的控制分系統(tǒng)，從而控制整個反射鏡系統(tǒng)的運作。偏振光由激光器2出射后，經(jīng)過擴束裝置3，擴束裝置3根據(jù)控制分系統(tǒng)的輸入信號改變偏振光的光束口徑，再經(jīng)過偏振及能量控制裝置4，偏振及能量控制裝置4根據(jù)控制分系統(tǒng)的輸入信號調(diào)整偏振光的偏振方向以及功率大小，出射的光束到達(dá)已由控制分系統(tǒng)調(diào)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(diào)整面形的區(qū)域，這部分區(qū)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(qū)域加以調(diào)整。波前探測器再次探測波前誤差并輸入到控制分系統(tǒng)，控制分系統(tǒng)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(fù)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(nèi)。
[0023]波前探測器實時進(jìn)行波前探測，并將波前誤差信息實時傳遞給光致異構(gòu)反射鏡控制分系統(tǒng)，控制分系統(tǒng)根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)成像需求對需要面形調(diào)整的區(qū)域按照上述流程進(jìn)行調(diào)整，以滿足整個光學(xué)系統(tǒng)的成像對波前精度的需求。
[0024]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)(6)、薄膜反射鏡組件(7)、波前探測器、控制分系統(tǒng)；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(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)(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(xué)系統(tǒng)發(fā)出的波前信號，并反饋給控制分系統(tǒng)；控制分系統(tǒng)根據(jù)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(jù)控制分系統(tǒng)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(jù)控制分系統(tǒng)輸入的控制信號調(diào)整偏振光的偏振方向以及功率大小，并將調(diào)整后的偏振光出射至掃描裝置(5);掃描裝置(5)根據(jù)控制分系統(tǒng)輸入的控制信號調(diào)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(diào)整面形的區(qū)域；偏振光在控制分系統(tǒng)的調(diào)控下不斷地調(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，其特征在于:所述薄膜反射鏡組件(7)包括復(fù)合薄膜反射鏡(71)、上壓環(huán)(72)、下壓環(huán)(73)和壓緊結(jié)構(gòu)(74);通過上壓環(huán)(72)、下壓環(huán)(73)和多個壓緊結(jié)構(gòu)(74)配合將復(fù)合薄膜反射鏡(71)壓緊；所述復(fù)合薄膜反射鏡(71)為由偶氮苯及聚酰亞胺復(fù)合而成的薄膜，合成時先對聚酰亞胺薄膜進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，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(zhuǎn)動軸(52)、豎直方向轉(zhuǎn)動軸(53)、掃描鏡連接結(jié)構(gòu)(54)、驅(qū)動機構(gòu)(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(zhuǎn)動軸(52)固連，水平方向轉(zhuǎn)動軸(52)固定安裝在掃描鏡連接結(jié)構(gòu)(54)上；同時掃描鏡連接結(jié)構(gòu)(54)還與豎直方向轉(zhuǎn)動軸(53)通過軸承連接；驅(qū)動機構(gòu)(55)固定安裝于掃描裝置底座(56 )上，控制水平方向轉(zhuǎn)動軸(52 )與豎直方向轉(zhuǎn)動軸(53 )的運動；所述反射鏡組件(51)由反射鏡和支撐結(jié)構(gòu)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光致異構(gòu)反射鏡系統(tǒng)，其特征在于:所述反射鏡組件支撐結(jié)構(gòu)(6)由多個桿式支撐結(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)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