(57)【要約】【課題】  移動体に搭載された大口径の望遠鏡や光学センサなどに利用でき、より軽量化された軽量化反射鏡を提供することを目的とする。【解決手段】  ガラスないしはガラスセラミックを発泡化した材料に、円柱ないし多角柱状の複数の穴加工を施して形成したコアと、前記コアと同一ないしは同種の材料を使用し、前記コアと同一ないしは同等の線膨張率を有する無発泡化ガラスないしはガラスセラミックの表面に鏡面を形成した鏡面部材とを備え、前記コアの穴側に形成された平面状の接合面と前記鏡面部材と背面に形成された平面状の接合面とを接合して、前記コアと前記鏡面部材を一体化する。コア基材の発泡化とポケット状の加工を組み合わせることにより、従来品と比較してより大きな軽量化の効果が得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスないしはガラスセラミックを発泡化した材料に、円柱ないし多角柱状の複数のポケット穴加工を施して形成したコアと、
前記コアと同一ないしは同種の材料を使用し、前記コアと同一ないしは同等の線膨張率を有する無発泡化ガラスないしはガラスセラミックの表面に鏡面の形成された鏡面部材とを備え、
前記コアのポケット穴側に形成された平面状の接合面と前記鏡面部材の背面に形成された平面状の接合面とを接合して、前記コアと前記鏡面部材を一体化したことを特徴とする軽量化反射鏡。
【請求項２】
前記コアと前記鏡面部材を、無機接着材による接着、もしくは融着により接合したことを特徴とする請求項１記載の軽量化反射鏡。
【請求項３】
前記コア及び前記鏡面部材の接合面を研磨し、かつ研磨後、無機接着材による接着、もしくは融着により接合をしたことを特徴とする請求項１記載の軽量化反射鏡。
【請求項４】
前記接合後、熱処理を施したことを特徴とする請求項３記載の軽量化反射鏡。
【請求項５】
前記鏡面部材は、鏡面形状に沿って円形ないし多角形状の複数のポケット穴加工を施したことを特徴とする請求項１記載の軽量化反射鏡。
【請求項６】
ガラスないしはガラスセラミックを発泡化した材料に、円柱ないし多角柱状の複数の貫通穴加工を施して形成したコアと、
前記コアと同一ないしは同等の線膨張率を有する無発泡化ガラスないしはガラスセラミック材料の表面に鏡面を形成した鏡面部材と、
前記コアと同一ないしは同種の材料を使用し、前記コアと同等の線膨張率を有する無発泡、もしくは発泡化されたガラスないしはガラスセラミックからなるバックプレートとを備え、
前記鏡面部材と前記バックプレートとを、前記コアを間に挟んで、それぞれに形成された平面形状を成す接合面にて無機接着材による接着、もしくは融着により接合して一体化し
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星、飛翔体等の移動体に搭載され、望遠鏡や光学センサあるいは光アンテナに使用される軽量化反射鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
望遠鏡や光学センサあるいは光アンテナに使用する反射鏡は、地表または宇宙等から放射される光を、光学的に集光するための所定の曲率面を有する。その集光能力は、反射鏡の開口径に依存する。高い集光能力を有する望遠鏡や光学センサあるいは光アンテナには、大口径を有する反射鏡が要求される。また、望遠鏡や光学センサにおいて高い解像度を得るためには、反射鏡の反射による波面歪みを抑える必要があるため、反射鏡には高い面精度が要求される。以上より、高解像度の望遠鏡や光学センサには、大口径、かつ高面精度な反射鏡が必要である。
望遠鏡や光学センサあるいは光アンテナに使用される反射鏡は、例えば石英ガラス等の研磨板に光学的な反射層としてアルミニウム、銀などの金属膜を形成している。
【０００３】
特に、人工衛星、飛翔体等の移動体に搭載される反射鏡については、ロケットなどの打ち上げ能力の関係から、質量の制約が厳しい。従って、人工衛星、飛翔体等の移動体に搭載される望遠鏡や光学センサあるいは光アンテナにおいて高い集光能力を得ようとした場合、反射鏡を大口径にする必要があり、その質量の増加が問題となる。そこで、例えば特許文献１に記載されるような軽量化反射鏡が提案されてきた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６３８０３号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、人工衛星、飛翔体等の移動体に搭載される望遠鏡や光学センサには高性能化が求められており、その撮像性能向上のために、大口径を有する反射鏡を、移動体に搭載することが要望されている。反射鏡の口径の拡大に伴なってミラーの質量が大きくなるので、剛性不足により固有値が低下し、移動体の主要振動モードと共振して大荷重を発生しやすくなるという課題があった。また、反射鏡の質量増加により移動体全体の質量も増加し、慣性モーメントの増加により移動体の運動性能が悪化するという課題があった。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、より軽量化された反射鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による軽量化反射鏡は、ガラスないしはガラスセラミックを発泡化した材料に、円柱ないし多角柱状の複数のポケット穴加工を施して形成したコアと、
前記コアと同一ないしは同種の材料を使用し、前記コアと同一ないしは同等の線膨張率を有する無発泡化ガラスないしはガラスセラミック材料の表面に鏡面を形成した鏡面部材とを備え、
前記コアのポケット穴側に形成された平面状の接合面と前記鏡面部材と背面に形成された平面状の接合面とを接合して、前記コアと前記鏡面部材を一体化したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、大型、大口径の反射鏡を、機械的剛性を大きく損なうことなく軽量化することが可能となるという効果を奏する。
また、これによって、人工衛星、飛翔体等の移動体に搭載される望遠鏡や光学センサの高解像度化、ＳＮ比の向上、高効率化に有効である。また、望遠鏡や光学センサを搭載した移動体の運動性能向上にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による軽量化反射鏡の構造を示す断面図である。図２は鏡面部材とコアの断面形状を示す図であって、図２（ａ）は側断面図、図２（ｂ）はコアのＡ方向矢視図である。
図１において、軽量化反射鏡は、鏡面部材１の反対側の面を、コア２に接合することによって構成される。鏡面部材１とコア２は、無機接着剤や、ガラス溶融接合などの接合材３によって接着もしくは融着される。鏡面部材１とコア２を融着する際には、それぞれの接合面（後述の接合面４、６）を予め研磨した後、融着を施し、その後熱処理を加える。
【００１０】
コア２は、ガラス、もしくはガラスセラミックを発泡化した基材を、ポケット状に止まり穴加工することによって、軽量化して形成される。コア２としては、例えば、気泡を散在させることによって比重を１〜２よりも小さく、もしくは、同一の無発泡化ガラス、もしくはガラスセラミックと比較して半分程度以下の比重としたものを用いると良い。基材の発泡化、およびポケット状の機械加工を組み合わせることにより、大きな軽量化の効果が得られる。発泡化に際しては、使用温度範囲内で気泡の膨張によって破裂したり、気泡が固形化したり、ひび割れが発生することがないように、十分な強度と端面処理を施しておくのが良い。
【００１１】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、コア２の穴加工は、円筒形状の基材を研削加工して、例えば三角柱形状や四角柱形状の穴５を掘り込むことによって形成される。隣接する穴５の間には、コアの一方の面内を縦横に接続するリブ７が立設され、軽量化後においても所定の強度や剛性を得るための構造部材を構成している。リブ７の端面、すなわちコアの一方側の面は、鏡面１を接合するための接合面６を成している。接合面６は、全てのリブの端面が同一面になるように成形されている。コアの他方側の背面は平坦な面を成しており、軽量化反射鏡を、望遠鏡や光学センサなどの外部の構造体に固定するための、固定面を成している。
【００１２】
鏡面部材１は、コアと同一の材料を組成材料とする無発泡ガラス、もしくはガラスセラミックで製作された基材に対して、鏡面研磨を施して鏡面を成す曲面８が形成される。例えば、鏡面部材１は、比重が２〜３程度となる。曲面８は、球面、双曲面、楕円面など、光学設計に応じた面形状が形成され、曲率や焦点が設定される。曲面８の表面には、アルミニウムや銀などの金属を蒸着したり接着することによって、鏡面９が形成されている。鏡面部材１の鏡面９と反対側の背面は平坦な平面となっており、コア２の接合面６と接合される接合面７を構成している。
【００１３】
この実施の形態では、反射鏡の体積の大部分を占めるコアに、発泡化したガラス、もしくはガラスセラミックを用いている。これによってコアの比重を低減させることで、無発泡ガラスに単にポケット状の穴加工を施した場合と比較して、コアの全質量を半分程度もしくはそれ以下に軽量化することが可能である。また、コアには構造部材を成すリブが形成されているので、軽量化に伴なう強度や剛性の劣化も抑えることができる。
例えば、コア２を比重が無発泡ガラスの半分以下の発泡ガラスで形成すれば、その質量は無発泡ガラスで形成した場合の半分以下にできるので、反射鏡全体の質量は３／４倍以下に軽量化できる。この場合、剛性が同程度だとした場合には、共振周波数を１５％以上高くすることができる。例えば、反射鏡を無発泡ガラスで成形した場合の共振点が５０Ｈｚだとしたならば、コア２に発泡ガラスを用いることによって、共振点を６０Ｈｚ近くまで向上させることができる。
【００１４】
また、コア２と鏡面部材１の接合面が平面形状であるので、コア２と鏡面部材１の接合が容易に行えるとともに、コア２と鏡面部材１の形状加工や接着加工も容易になる。すなわち、鏡面部材１の背面を曲面とした場合には、その加工が極めて非効率なものとなり、鏡面部材１とコア２の接合面の面形状を完全に同一にすることも困難であるため、鏡面部材１とコア２の接合が難しくなるが、この実施の形態では接合面を平面にしているので、加工性が著しく向上する。
【００１５】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２による鏡面部材１の断面構造を示す断面図である。
この実施の形態では、鏡面部材１にポケット状の止まり穴加工を施すことを特徴とする。
【００１６】
図３において、鏡面部材１は、鏡面部材１を構成する無発泡ガラスもしくはガラスセラミックの背面に、ポケット状の穴１０が加工されている。穴１０の間にはリブ１１が形成される。これによって、鏡面部材１が軽量化されるので、より軽い軽量化反射鏡を形成することができる。また、鏡面部材１が軽量化されるとともに、コア２と鏡面部材１との比重差が小さくなるので、より強度が大きく、剛性の高い軽量化反射鏡を構成することができる。さらに、鏡面部材１の鏡面９と反対側の背面を曲面とすることなく、鏡面部材１を容易に軽量化することができる。
【００１７】
なお、鏡面９の中央部から周辺部に近づくにつれて、除々に鏡面９と接合面４との高さが高くなり、それに応じて穴１０が深くなるようにすると良い。これによって、鏡面形状に沿って、図３の破線に示す鏡面９に沿った曲率面を、リブ１１で離散的に支持することになるので、鏡面部材１における鏡面９の撓み変形をより均一にすることができる。
【００１８】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３によるコアの構成を示す図である。この実施の形態では、実施の形態1で例示したコア２を、円筒形状のコア２０と、板形状のバックプレート２１で構成する。
【００１９】
コア２０は、筒状の基材に三角柱形状や四角柱形状の貫通穴３０を設けて形成される。隣接する貫通穴３０の間にはリブ３１が設けられる。コア２０は、差し詰め蓮根の如く貫通穴３０の空いた様相を成している。コア２０の背面には、バックプレート２１が接合される。バックプレート２１は、コアと同一材料の発泡化ガラス、もしくはガラスセラミックで成形される。鏡面部材１とコア２０、およびコア２０とバックプレート２１は、それぞれ接合面４と接合面６、および接合面２２と接合面２３が接合される。
なお、鏡面９を蒸着する際には、鏡面部材１とコア２の接合状態を事前に確認してから行うと良い。すなわち、鏡面９を蒸着する前は、鏡面部材１とコア２の接合体が無色透明であるので接合面の状態を見ることができ、また、貫通穴３０を通じてその接合面の状態を部分的に確認することができる。
【００２０】
この実施の形態では、コア２０に貫通穴３０を設けてコア２０を軽量化している。この場合、実施の形態１のようにコア２の一方向から止まり穴加工してポケット状の穴５を形成した場合と比べて、より効率良く穴加工を行うことができる。例えば、ウオータージェット加工などによって貫通穴３０の穴加工を行うことによって、研削加工にてポケット状の止まり穴加工をする場合に比べて、加工時間を１０倍以上短縮することが可能となり、加工性が著しく向上する。
【００２１】
以上説明した通り、実施の形態１〜３による軽量化反射鏡は、大型、大口径の高面精度反射鏡を、機械的剛性を大きく損なうことなく軽量に製作することが可能となる。この軽量化反射鏡は、人工衛星、飛翔体等の移動体に搭載される望遠鏡や光学センサの高分解能化や、SN比の向上や、光アンテナの高集光効率化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１による軽量化反射鏡を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるコアの構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるコアの構造を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるコアの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  鏡面部材、２  コア、３  接着剤もしくは融着部、５  穴、１０  穴、２０  コア、２１  バックプレート、３０  貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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