一种大口径无孔光学元件的镀膜装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大口径无孔光学元件的镀膜装置，包括主动轴、从动轴、齿轮组、磁控溅射源和修正板；主动轴的自转带动从动轴的自转及绕主动轴轴线的公转；光学元件固定安装于第二齿轮上方，光学元件与从动轴同步运动；磁控溅射源设于光学元件上方且位置固定，修正板上设有开口，磁控溅射源通过修正板对光学元件上表面进行镀膜。本发明专利技术还公开了一种大口径无孔光学元件的镀膜方法，通过设置修正系数向量确定修正板中各区域中开口的尺寸，再根据镀膜面上膜层各点的厚度值绘制膜厚分布曲线，根据膜厚分布曲线不断调整修正系数向量后，利用修正板对光学元件进行镀膜。本发明专利技术实现了对中心无孔光学元件的镀膜及膜厚均匀性的调整。孔光学元件的镀膜及膜厚均匀性的调整。孔光学元件的镀膜及膜厚均匀性的调整。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径无孔光学元件的镀膜装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种光学元件的镀膜装置及方法，属于光学设备
，可应用于薄膜光学制备


技术介绍

[0002]对于大型光学望远镜及大型空间遥感卫星等设备，其光学系统多为反射式光学系统，这种光学系统中，大口径光学元件是不可缺少的重要组成元件。为了满足光学系统的要求，通常需要在光学元件上镀制薄膜。
[0003]传统的光学系统是同轴三反结构，其主镜中心有通孔，对于这样的光学元件，在镀膜时，可以采用光学元件绕中心轴自转的方式进行镀膜。现在，越来越多的光学系统采用离轴三反结构，其主镜的中心没有通孔，对于这种光学元件，无法利用绕中心轴旋转的方式进行镀膜，因为膜厚的修正挡板无法对光学元件的中心区域进行膜厚修正，使得中心区域的膜厚比其他区域厚，进而使得整个镜面的面型精度下降。
[0004]因此需要一种镀膜装置来解决中心无孔的光学元件镀膜及修正膜厚的均匀性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种大口径无孔光学元件的镀膜装置及方法，解决了中心无孔光学元件膜厚不均匀的技术问题。本专利技术实现了对中心无孔光学元件的镀膜及膜厚均匀性的调整。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种大口径无孔光学元件的镀膜装置，包括主动轴、从动轴、齿轮组、磁控溅射源和修正板；
[0008]齿轮组包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮设于主动轴上端，第二齿轮设于从动轴上端，第一齿轮和第二齿轮相互啮合；主动轴的自转带动从动轴的自转及绕主动轴轴线的公转；
[0009]光学元件固定安装于第二齿轮上方，光学元件的几何中心位于从动轴的轴线上，光学元件与从动轴同步运动；
[0010]磁控溅射源设于光学元件上方且位置固定，修正板安装于磁控溅射源与光学元件之间；修正板上设有开口，磁控溅射源通过修正板对光学元件上表面进行镀膜。
[0011]进一步的，上述大口径无孔光学元件的镀膜装置，还包括支撑工装；
[0012]支撑工装包括若干根支撑杆，支撑杆上端与光学元件下表面固定连接，支撑杆下端与第二齿轮固定连接；
[0013]支撑工装的中心位于从动轴的轴线上。
[0014]一种大口径无孔光学元件的镀膜方法，通过调整修正板上所设开口对镀膜膜厚的均匀性进行修正，包括：
[0015]S1计算无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T；
[0016]S2设置修正系数向量C；
[0017]S3将无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T与修正系数向量C相乘，得到修正值TC；
[0018]S4将修正板均分为m个区域，并根据修正值TC确定各区域中开口的坐标；m＞1；
[0019]S5计算在步骤S4的修正板开口坐标下，镀膜面上膜层各点的厚度值；
[0020]S6根据镀膜面上膜层各点的厚度值绘制膜厚分布曲线；
[0021]S7当膜厚分布曲线的最大值与最小值之差＞
△
T，返回步骤S2；当膜厚分布曲线的最大值与最小值之差≤
△
T，使磁控溅射源通过设有步骤S4所得开口尺寸的修正板对光学元件上表面进行镀膜；
△
T为根据镀膜膜厚的均匀性要求设置的阈值；
[0022]所述修正板为上述大口径无孔光学元件的镀膜装置中的修正板，镀膜面为光学元件上表面。
[0023]进一步的，步骤S1中，计算无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T的方法包括：
[0024]S1.1建立坐标系OXYZ；所述坐标系OXYZ的原点为磁控溅射源的溅射面所在平面与主动轴轴线的交点，X轴由原点指向溅射面的中心，Z轴由原点沿主动轴轴线的向上，Y轴符合右手定则；
[0025]S1.2基于坐标系OXYZ，计算磁控溅射源溅射面面积元dσ对镀膜面任一点的面积元ds溅射产生的膜层厚度t
ds
；
[0026]S1.3建立dσ与ds连线长度r，以及ds的坐标关于溅射时间t的表达式；
[0027]S1.4根据t
ds
，dσ与ds连线长度r关于溅射时间t的表达式以及ds的坐标关于溅射时间t的表达式，确定整个溅射面在溅射时间t内对ds溅射的膜层厚度T
ds
；
[0028]S1.5将镀膜面从中心点到边缘平均分为m个不同半径的环带，并假设相同半径处的镀膜面具有相同的厚度，将T
ds
转换为包含m个不同的元素的列矩阵；
[0029]S1.6对所述列矩阵中的各元素进行归一化处理，得到无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T。
[0030]进一步的，步骤S1.2中，磁控溅射源溅射面面积元dσ对镀膜面任一点的面积元ds溅射产生的膜层厚度t
ds
为：
[0031][0032]其中，为dσ与ds的连线与溅射面法线的夹角；θ为dσ与ds的连线与镀膜面法线的夹角；n为磁控溅射源的发散特性常数；
[0033]其中，h为磁控溅射源溅射面与光学元件镀膜面之间的距离；
[0034]步骤S1.3中：
[0035]ds的坐标为(x
s
,y
s
,
‑
h)；
[0036]x
s
＝R
·
cos(ω
·
t)+ρ
·
cos(K
·
ω
·
t)；
[0037]y
s
＝R
·
sin(ω
·
t)
‑
ρ
·
sin(K
·
ω
·
t)；
[0038]r＝[(x
t
‑
x
s
)2+(y
t
‑
y
s
)2+h2]1/2
；
[0039]其中，R为主动轴与从动轴间的距离，K为从动轴与主动轴的自转角速度之比，ω为主动轴自转角速度，t为溅射时间，ρ为镀膜面上任意一点与镀膜面中心点的距离，dσ的坐标为(x
t
,y
t
,0)。
[0040]进一步的，步骤S1.4中，
[0041][0042]其中，x
t
‑
min
为溅射面X坐标最小值，x
t
‑
max
为溅射面X坐标最大值，y
t
‑
min
为溅射面Y坐标最小值，y
t
‑
max
为溅射面Y坐标最大值。
[0043]进一步的，步骤S1.5中，将T
ds
转换为包含m个不同的元素的列矩阵：
[0044]T
ds
＝[T
ds
(1)；T
ds
(2)；T
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径无孔光学元件的镀膜装置，其特征在于，包括主动轴(1)、从动轴(2)、齿轮组(3)、磁控溅射源(7)和修正板；齿轮组(3)包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮设于主动轴(1)上端，第二齿轮设于从动轴(2)上端，第一齿轮和第二齿轮相互啮合；主动轴(1)的自转带动从动轴(2)的自转及绕主动轴(1)轴线的公转；光学元件(5)固定安装于第二齿轮上方，光学元件的几何中心位于从动轴(2)的轴线上，光学元件与从动轴(2)同步运动；磁控溅射源(7)设于光学元件(5)上方且位置固定，修正板安装于磁控溅射源(7)与光学元件(5)之间；修正板上设有开口，磁控溅射源(7)通过修正板对光学元件(5)上表面进行镀膜。2.根据权利要求1所述的一种大口径无孔光学元件的镀膜装置，其特征在于，还包括支撑工装(4)；支撑工装(4)包括若干根支撑杆，支撑杆上端与光学元件(5)下表面固定连接，支撑杆下端与第二齿轮固定连接；支撑工装(4)的中心位于从动轴(2)的轴线上。3.一种大口径无孔光学元件的镀膜方法，其特征在于，通过调整修正板上所设开口对镀膜膜厚的均匀性进行修正，包括：S1计算无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T；S2设置修正系数向量C；S3将无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T与修正系数向量C相乘，得到修正值TC；S4将修正板均分为m个区域，并根据修正值TC确定各区域中开口的坐标；m＞1；S5计算在步骤S4的修正板开口坐标下，镀膜面上膜层各点的厚度值；S6根据镀膜面上膜层各点的厚度值绘制膜厚分布曲线；S7当膜厚分布曲线的最大值与最小值之差＞
△
T，返回步骤S2；当膜厚分布曲线的最大值与最小值之差≤
△
T，使磁控溅射源(7)通过设有步骤S4所得开口尺寸的修正板对光学元件(5)上表面进行镀膜；
△
T为根据镀膜膜厚的均匀性要求设置的阈值；所述修正板为权利要求1一种大口径无孔光学元件的镀膜装置中的修正板，镀膜面为光学元件(5)上表面。4.根据权利要求3所述的一种大口径无孔光学元件的镀膜方法，其特征在于，步骤S1中，计算无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T的方法包括：S1.1建立坐标系OXYZ；所述坐标系OXYZ的原点为磁控溅射源(7)的溅射面所在平面与主动轴(1)轴线的交点，X轴由原点指向溅射面的中心，Z轴由原点沿主动轴(1)轴线的向上，Y轴符合右手定则；S1.2基于坐标系OXYZ，计算磁控溅射源(7)溅射面面积元dσ对镀膜面任一点的面积元ds溅射产生的膜层厚度t
ds
；S1.3建立dσ与ds连线长度r，以及ds的坐标关于溅射时间t的表达式；S1.4根据t
ds
，dσ与ds连线长度r关于溅射时间t的表达式以及ds的坐标关于溅射时间t的表达式，确定整个溅射面在溅射时间t内对ds溅射的膜层厚度T
ds
；
S1.5将镀膜面从中心点到边缘平均分为m个不同半径的环带，并假设相同半径处的镀膜面具有相同的厚度，将T
ds
转换为包含m个不同的元素的列矩阵；S1.6对所述列矩阵中的各元素进行归一化处理，得到无修正板时镀膜面上膜层的厚度分布矩阵T。5.根据权利要求4所述的一种大口径无孔光学元件的镀膜方法，其特征在于，步骤S1.2中，磁控溅射源(7)溅射面面积元dσ对镀膜面任一点的面积元ds溅射产生的膜层厚度t
ds
为：其中，为dσ与ds的连线与溅射面法线的夹角；θ为dσ与ds的连线与镀膜面法线的夹角；n为磁控溅射源(7)的发散特性常数；其中，h为磁控溅射源溅射面与光学元件镀膜面之间的距离；步骤S1.3中：ds的坐标为(x
s
,y
s
,
‑
h)；x
s
＝R
·
cos(ω
·
t)+ρ
·
cos(K
·
ω
·
t)；y
s
＝R
·
sin(ω
·
t)
‑
ρ
·
sin(K
·
ω
·
t)；r＝[(x
t
‑
x
s
)2+(y
t
‑
y
s
)2+h2]
1/2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，白云立，刘智勇，张梦雨，王利，郭文，梁云红，孟维维，赵静，郝言慧，周于鸣，李春林，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：