專利名稱:均荷成型水表反射鏡的制作方法
本發(fā)明涉及球面反射鏡、反射鏡球面的成型方法還涉及彈性力學(xué)的一個分支，即均荷(指氣壓)成型技術(shù)。
迄今，建造大型反射天文望遠(yuǎn)鏡和高溫太陽爐都離不開研制優(yōu)質(zhì)的拋物面鏡這一命題。這些精度要求極高的拋物面鏡在制作技藝上仍用傳統(tǒng)的手工琢磨整形。因此，周期長、造價昂貴以及“自重彎曲”等原因已成為鏡面大型化發(fā)展的主要障礙。
已經(jīng)公知，首先提出應(yīng)用氣壓成型技術(shù)來研制太陽爐拋物面鏡的人是美國T、J、MCCUSKR在第三屆空間動力會議的AIAA論文中提出的，他采用各向同性的鍍鋁聚脂薄膜作為反射材料，可是鏡面的微觀精度較差，焦面不能成像。有關(guān)刊物還表明，美國天文學(xué)家沃特和波拉Borra教授先后研制過旋轉(zhuǎn)水銀拋物面鏡。鏡面精度可與玻璃琢磨的鏡面相比美，可惜這種鏡面只能觀察天頂有限區(qū)域的天體，而且傳動要求較高。
本發(fā)明的目的就是結(jié)合上述二項發(fā)明的優(yōu)點來研制且突破傳統(tǒng)琢磨工藝的光學(xué)元件、即均荷成型水銀反射鏡面，并建議用在大型反射天文望遠(yuǎn)鏡以及能予測和控制高溫的太陽爐上。
理論探討結(jié)果表明，周界固定的絕對柔刃園板(即透明園薄膜)在均荷下的大撓度所形成的曲面系一近似的旋轉(zhuǎn)拋物面，同時還解折表述了在一定規(guī)范內(nèi)的中曲面上的曲率半徑、面積應(yīng)力和面積應(yīng)變?yōu)槿齻€常數(shù)，也即在一定規(guī)范內(nèi)曲面又近似一球面，由此結(jié)論而提出的解決方案是用襯以水銀反射層且周界固定的光潔透明圓薄膜作為反射鏡面，并在氣壓下?lián)锨梢唤魄蛎娴某尚头椒ā?br>本發(fā)明的進(jìn)一步考慮是鏡面大口徑設(shè)計時的自重彎曲和由于鏡面的傾斜而產(chǎn)生的液位變化對鏡面的影響問題。前者只要加強固定內(nèi)圈和壓圈的剛度即可消除;后者由于水銀的比重較大，當(dāng)口徑大于100毫米時大氣壓力差已不足以抵消鏡面的液位變形，為此，我們提出二種消除方法于下1、用增加氣壓來提高薄膜中曲面上的漲力去支承鏡面。使鏡面成型和支承和諧地結(jié)合起來。
2、水銀層由透明薄膜和襯底薄膜所夾持。當(dāng)鏡面口徑大于1米時，可減少水銀層的厚度而增加襯底薄膜的粗糙度來阻止水銀在夾層內(nèi)的流動以減少鏡面的液位變形。另外我們還提議用優(yōu)質(zhì)薄膜鍍鋁的反射鏡面。當(dāng)然，如欲完全消除鏡面液位變形唯有將鏡面安裝在空間望遠(yuǎn)鏡上。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比有以下六個優(yōu)點1、球面采用氣壓成型將大幅度降低鏡面的研制時間和成本，鏡面的微觀精度也容易達(dá)到要求。
2、均荷成型的口徑在理論上不受限制;
3、水銀鏡面可任意傾斜，也毋須精密傳動裝置來旋動水銀;
4、有外薄膜的保護，水銀蒸氣不會蒸發(fā);
5、焦距能連續(xù)可變，因此望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率和太陽爐的焦像大小和能流密度也能相應(yīng)連續(xù)可變和有效調(diào)節(jié);
6、大型同口徑鏡面相比重量輕于常規(guī)。
本發(fā)明也存在焦點受溫差而漂移以及下述玻璃板吸收部分光能等缺點。
附圖1描述了發(fā)明的一個實施例圖中采用光潔透明而又平整無疵病的醋酸纖維幻燈片基(大口徑時也可用工業(yè)有機玻璃片基，表面光潔度
14，疵病等級B＝Ⅵ，為二種片基的微觀精度要求。)組成半徑為R的外薄膜1和襯底薄膜2，然而在二薄膜之間灌注水銀薄層作為反光材料，從而在襯底薄膜和有調(diào)整螺栓4的彈性板(或波紋板)6之間置一金屬內(nèi)圈3，在形成的腔內(nèi)灌滿機械油后，二端栓緊密封，當(dāng)擰緊圖中元寶螺帽5時螺栓就把彈性板向外拉伸、在油腔內(nèi)即產(chǎn)生負(fù)壓。在大氣壓力差也即在均荷下薄膜即撓曲成一曲面。
附圖2描述了本發(fā)明另一個適用于大口徑的設(shè)計方案圖中由波紋管1向厚玻璃板3和水銀夾層(帶有防滑底膜)2組成的密封腔內(nèi)輸入壓縮空氣，即可改上例之負(fù)壓為正壓來使薄膜撓曲成型。反射鏡設(shè)計時，有關(guān)圓薄膜所承受均荷p、最大撓度fmax以及最小膜厚Tmin等，都有相應(yīng)公式可計算。
本發(fā)明已成功地應(yīng)用于小型反射天文望遠(yuǎn)鏡上，成像質(zhì)量也有初步鑒定，這樣，對于高溫太陽爐的性能予測和溫度的有效控制也將取得積極效果。＊＊醋酸纖維幻燈片基透明圓薄膜的最大撓度可達(dá)fmax＝R/10.9
權(quán)利要求
1.球面反射鏡，這是襯以水銀反射層的透明圓薄膜，并采用力學(xué)成型的光學(xué)元件-水銀反射鏡。其特征是用襯以水銀反射層且周界固定的光潔透明圓薄膜作為反射鏡面，并在氣壓下?lián)锨梢唤魄蛎娴某尚头椒ā?br>2.按照權(quán)利要求
1所述反射鏡。其特征是采用粗糙的襯底薄膜來阻止水銀在薄夾層內(nèi)的流動。以減少大口徑鏡面的液位變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述反射鏡。其特征是由調(diào)整螺栓和彈性板(或波紋管)組成的負(fù)壓(或正壓)形成裝置。
專利摘要
本發(fā)明系光學(xué)和彈性力學(xué)這兩門完全不同學(xué)科的結(jié)合。并用以研制出結(jié)構(gòu)原理完全新穎且突破傳統(tǒng)琢磨工藝的光學(xué)元件一一均荷成型水銀反射鏡。
文檔編號G02B1/00GK87102856SQ87102856
公開日1988年8月17日 申請日期1987年4月15日
發(fā)明者徐達(dá) 申請人:徐達(dá)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan