特開 2022-16915 薄板ミラー構造体およびその製造方法、ならびに望遠鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022016915

(43)【公開日】2022-01-25

(54)【発明の名称】薄板ミラー構造体およびその製造方法、ならびに望遠鏡

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/08 20060101AFI20220118BHJP

   G02B 7/00 20210101ALI20220118BHJP

   B29C 65/02 20060101ALI20220118BHJP

   B29C 65/40 20060101ALI20220118BHJP

   B29C 65/50 20060101ALI20220118BHJP

   B32B 5/28 20060101ALI20220118BHJP

   B32B 7/023 20190101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

G02B5/08 A

G02B7/00 F

B29C65/02

B29C65/40

B29C65/50

B32B5/28 Z

B32B7/023

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020119908

(22)【出願日】2020-07-13

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 日本天文学会２０１９年秋季年会 令和元年９月１２日 Ｔｈｅ １５ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｆ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｏｎ Ｘ－ｒａｙ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ 令和元年１０月２５日

(71)【出願人】

【識別番号】504147254

【氏名又は名称】国立大学法人愛媛大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】特許業務法人 サトー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】粟木 久光

【テーマコード（参考）】

2H042

2H043

4F100

4F211

【Ｆターム（参考）】

2H042DA05

2H042DA11

2H042DA12

2H042DA14

2H042DC07

2H042DE00

2H043AE02

2H043CA02

4F100AB24A

4F100AB25A

4F100AD11B

4F100AG00A

4F100AR00A

4F100BA02

4F100BA03

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10B

4F100CB05C

4F100DG01B

4F100DH02B

4F100EH66A

4F100GB90

4F100JN06A

4F100YY00A

4F211AH78

4F211TA01

4F211TA04

4F211TA05

4F211TJ30

(57)【要約】

【課題】大型化しても強度を維持しつつ重量の増加が抑制されるとともに、反射面の平滑化が図られる薄板ミラー構造体およびその製造方法、ならびに望遠鏡を提供する。
【解決手段】ミラー構造体１０は、鏡面層１１、基板１２および接合シート層１３を備える。鏡面層１１は、一方の面に反射面１４を有する。基板１２は、炭素繊維強化プラスチックで形成され、鏡面層１１を支持する。接合シート層１３は、鏡面層１１と基板１２との間に設けられ、粘着シートで形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の面に反射面を有する鏡面層と、
炭素繊維強化プラスチックで形成され、前記鏡面層を支持する基板と、
前記鏡面層と前記基板との間に設けられ、粘着シートで形成されている接合シート層と、
を備える薄板ミラー構造体。

【請求項2】

前記鏡面層は、厚さが１００μｍ以下のガラスの薄板である請求項１記載の薄板ミラー構造体。

【請求項3】

前記接合シート層は、前記鏡面層と前記基板とが対向する面の全体に設けられている請求項１または２記載の薄板ミラー構造体。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項記載の薄板ミラー構造体と、
前記ミラー構造体の前記鏡面層で反射した電磁波が光学系を通して導入される検出部と、
を備える望遠鏡。

【請求項5】

基板を準備する基板準備工程と、
前記基板に積層される鏡面層を準備する鏡面層準備工程と、
前記準備工程で準備された前記基板と前記鏡面層準備工程で準備された鏡面層との間に、接合シート層を挟み込んで、前記接合シート層を用いて前記樹脂フィルムと前記鏡面層とを接合する接合工程と、
前記接合工程で接合された前記基板と前記鏡面層とを加熱する加熱工程と、
を含むミラー構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、薄板ミラー構造体およびその製造方法、ならびに望遠鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、反射式の望遠鏡に用いられるミラー構造体は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの基板に反射膜を備える構成が知られている。反射膜は、例えばＡｕやＰｔなどの金属が蒸着された蒸着膜や蒸着フィルムが用いられ、基板に取り付けられている。ＦＲＰ製の基板は、表面に微小な凹凸が存在する。そのため、ミラー構造体は、基板の表面の凹凸が鏡面を形成する反射膜に影響しないことが求められる。そこで、特許文献１では、反射面を有する鏡面層と基板との間に、樹脂フィルムを挟み込むとともに、鏡面層と樹脂フィルム、および樹脂フィルムと基板とを接着剤層によって接着している。これにより、基板の表面の凹凸が反射面を有する鏡面層に与える影響を低減している。

【0003】

しかしながら、近年、さらなる解像度の向上の要求から、ミラー構造体の大型化が求められている。ミラー構造体が大型化すると、重量の増加を招き、強度の向上も必要となるという問題がある。また、これまでにも炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いたミラー構造体が提案されている。このＣＦＲＰを用いたミラー構造体は、接着剤を用いて平滑面を形成する手法が提案されている。しかし、接着剤を用いる場合、硬化時の収縮による鏡面の変形が解像度の向上を阻害するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－２１９８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、大型化しても強度を維持しつつ重量の増加が抑制されるとともに、反射面の平滑化が図られる薄板ミラー構造体およびその製造方法、ならびに望遠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】

【0006】

一実施形態によるミラー構造体は、鏡面層と、ＣＦＲＰ製の基板を備えている。ＣＦＲＰ製の基板は、成形の自由度が高い。そのため、解像度の向上のために大型化しても、形状精度の高い基板が形成される。そして、ＣＦＲＰ製の基板は、軽量かつ強度が高いことから、大型化によって強度を高める必要が生じても、基板を薄板化することで重量の増加を抑えることができる。
一方、ＣＦＲＰ製の基板は、その性質上、従来のＦＲＰに比較して表面が粗く凹凸が大きいという問題がある。そこで、本実施形態のミラー構造体は、鏡面層と基板との間に接合シート層を設けている。接合シート層は、硬化時の収縮が生じにくい粘着剤によって構成されている。鏡面層と基板との間に接合シート層を挟み込むことにより、基板の表面の凹凸はこの接合シート層で吸収され、鏡面層の反射面への影響が低減される。また、この接合シート層で鏡面層と基板との間を接合するとき熱を加えることにより、ＣＦＲＰ製の基板の表面を軟化させ、接合シート層とともに基板の表面の凹凸を吸収することも有効である。この結果、鏡面層が有する反射面は、基板の表面における凹凸の影響が低減される。したがって、大型化しても強度を維持しつつ重量の増加を抑制することができるとともに、反射面の平滑化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態によるミラー構造体の構成を示す模式図

【図2】一実施形態によるミラー構造体に用いる接合シート層の構成を示す模式図

【図3】一実施形態によるミラー構造体の構成を示す模式的な斜視図

【図4】一実施形態によるミラー構造体の構成を示す模式的な斜視図

【図5】一実施形態によるミラー構造体を適用した望遠鏡を示す模式図

【図6】一実施形態によるミラー構造体の製造工程を説明するための模式的な斜視図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、一実施形態による薄板ミラー構造体（以下、「ミラー構造体」と省略する。）を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ミラー構造体１０は、鏡面層１１、基板１２、および接合シート層１３を備える。鏡面層１１は、一方の面に反射面１４を有している。本実施形態の場合、薄板化のために、鏡面層１１は、ガラスの薄板で形成されている。具体的には、鏡面層１１は、基板１２の形状に沿って柔軟に形状が変化する１００μｍ以下のガラスの薄板である。この鏡面層１１を形成するガラスの薄板は、表面の粗さσがσ＝０．１～１．０ｎｍ程度である。本実施形態の場合、鏡面層１１に使用したガラスの薄板の表面粗さσは、σ＝０．４ｎｍである。また、本実施形態の場合、鏡面層１１は、ガラスの薄板の基板１２と反対側の面に反射面１４を有している。反射面１４は、ガラスの薄板に、例えばＰｔ、Ａｕなどの金属を成膜することによって形成される。

【0009】

基板１２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成されている。この基板１２は、鏡面層１１を支持する。基板１２は、鏡面層１１とは別体として、例えば炭素繊維を含むプリプレグを用いて、適用する望遠鏡にあわせた形状に成形される。このとき、基板１２の厚みは、１ｍｍ以下である。基板１２は、積層したプリプレグを加熱することにより、例えば双曲面や球面などの曲面または平面など予め設定された任意の形状に成形される。

【0010】

接合シート層１３は、図２に示すように基材１５および粘着剤１６を有している。基材１５は、薄いシート状に形成されている。このように、基材１５を薄いシート状に形成することにより、接合シート層１３は粘着剤１６とともに薄く均一な厚さに形成される。これにより、鏡面層１１と基板１２とは、接合シート層１３によって高い寸法精度で接合される。なお、接合シート層１３は、粘着剤１６をシート状に形成することにより、基材１５を有していないいわゆる基材レスの粘着シートを用いてもよい。粘着剤１６は、シート状の基材１５の厚さ方向で両方の端面にそれぞれ設けられている。すなわち、接合シート層１３は、両面粘着シートであり、いわゆる両面テープである。接合シート層１３は、厚さが１０μｍ以下の極めて薄いものが好ましい。本実施形態の場合、接合シート層１３は、その厚さが５μｍである。また、本実施形態の場合、接合シート層１３の基材１５は加熱によって軟化しやすいポリエステル製のフィルムであり、粘着剤はアクリル系の粘着剤１６である。接合シート層１３は、両面粘着シートを用いる場合、粘着剤１６を覆う剥離層１７を有している。剥離層１７は、粘着剤１６を保護するとともに、鏡面層１１または基板１２への貼り付け時に除去される。

【0011】

接合シート層１３は、図１に示すように鏡面層１１と基板１２との間に設けられている。これにより、鏡面層１１と基板１２とは、接合シート層１３によって一体に接合されている。具体的には、鏡面層１１は、基板１２の反射面１４側において基板１２に積層され、接合シート層１３によって基板１２と接合されている。接合シート層１３は、鏡面層１１と基板１２とが対向している部分において、図３に示すように全体に設けてもよく、図４に示すように一部に設けてもよい。本実施形態の場合、接合シート層１３は、図３に示すように鏡面層１１と基板１２とが対向している面の全体に設けられている。接合シート層１３を鏡面層１１と基板１２とが対向している面の全体に設けることにより、一部に設ける場合と比較して、基板１２に対する鏡面層１１の浮きなどによる形状精度の低下が抑えられる。そのため、接合シート層１３を対向する鏡面層１１と基板１２との間の全体に設ける場合、反射面１４で反射した像の解像度は向上する。

【0012】

図１に示すようなミラー構造体１０は、図５に示すように望遠鏡２０に適用される。一例として図５に示す望遠鏡２０は、ウォルター型のＸ線望遠鏡である。望遠鏡２０は、筒状に形成されたミラー構造体１０および検出部２１を備えている。望遠鏡２０は、対象となる物体から放射される電磁波が入射する。入射した電磁波は、ミラー構造体１０を含む光学系２２を経由して検出部２１に到達する。検出部２１は、例えば図示しないカメラなどの撮像装置を有している。ミラー構造体１０を含む光学系２２を経由して検出部２１に到達した電磁波は、この検出部２１において結像する。望遠鏡２０で観測される対象となる電磁波は、Ｘ線に限らず、例えば赤外線、可視光線、紫外線など、任意の波長の電磁波であってもよい。

【0013】

次に、上記の構成によるミラー構造体１０の製造方法について説明する。
図６に示すように基板１２は、炭素繊維を含むＣＦＲＰのプリプレグを用いて用意される。ＣＦＲＰのプリプレグは、適用する望遠鏡２０で要求されるミラー構造体１０の構造にあわせて成形される。基板１２は、例えばミラー構造体１０を反射式の望遠鏡２０の反射鏡に用いる場合、反射面１４が形成される内周側が凹となる双曲面に形成される。プリプレグは、一般的なＣＦＲＰと同様に加熱することにより成形される。鏡面層１１は、ガラスの薄板から成形後の基板１２の形状にあわせて用意される。鏡面層１１は、予め金属膜を蒸着することにより反射面１４を形成してもよく、基板１２と接合した後に金属膜を蒸着して反射面１４を形成してもよい。

【0014】

用意された鏡面層１１と基板１２とは、接合シート層１３で接合される。具体的には、接合シート層１３は、鏡面層１１と基板１２との間に設けられる。本実施形態の場合、接合シート層１３は、鏡面層１１の一方の端面つまり鏡面層１１と対向する側の面に貼付けられる。接合シート層１３は、基板１２側の剥離層１７を除去した後に基板１２に貼付けられる。基板１２に貼付けられた接合シート層１３は、基板１２と反対側の剥離層１７が除去された後、鏡面層１１が貼付けられる。これにより、基板１２と鏡面層１１とは、これらの間に設けられた接合シート層１３によって貼付けられる。

【0015】

鏡面層１１と基板１２とを接合シート層１３で貼付けた後に加熱することにより、加熱された基板１２および接合シート層１３は軟化する。基板１２および接合シート層１３が軟化することにより、基板１２と接合シート層１３との間にはなじみが生じる。このとき、積層した鏡面層１１および基板１２は、所望の形状に加工された図示しない成型金型に載置し、この成形金型に押し付けられる。このなじみによって、基板１２の端面つまり基板１２の鏡面層１１側に形成されている凹凸は、軟化した基板１２および接合シート層１３のなじみによって成形金型の形状に沿って変形するとともに、表面の凹凸が吸収される。これにより、基板１２の鏡面層１１側の形成される凹凸が接合シート層１３とともに平滑化され、基板１２の凹凸が鏡面層１１となるガラスの薄板の形状に与える影響が低減される。その結果、鏡面層１１の反射面１４は、ＣＦＲＰ製の基板１２に由来する特有の凹凸がある場合でも、平滑化が図られ、光学的な精度が向上する。

【0016】

以上説明した一実施形態によるミラー構造体１０は、鏡面層１１と、ＣＦＲＰ製の基板１２とを備えている。ＣＦＲＰ製の基板１２は、成形の自由度が高い。そのため、解像度の向上のために大型化しても、形状精度の高い基板１２が形成される。そして、ＣＦＲＰ製の基板１２は、軽量かつ強度が高いことから、大型化によって強度を高める必要が生じても、重量の増加を抑えることができる。

【0017】

一方、ＣＦＲＰ製の基板１２は、その性質上、従来のＦＲＰに比較して表面が粗く凹凸が大きいという問題がある。そこで、本実施形態のミラー構造体１０は、鏡面層１１と基板１２との間に接合シート層１３を設けている。接合シート層１３は、基材１５の両面に粘着剤１６が塗布されている両面粘着シートである。鏡面層１１と基板１２との間に接合シート層１３を挟み込むことにより、基板１２の表面の凹凸はこの接合シート層１３で吸収され、鏡面層１１の反射面１４へ反映されにくくなる。そして、この接合シート層１３で鏡面層１１と基板１２との間を接合するときに加熱することにより、ＣＦＲＰ製の基板１２の表面が軟化するとともに、成型金型にあてがわれることにより、接合シート層１３の基材１５および粘着剤１６の軟化によって基板１２の表面の凹凸を吸収すると同時に成型金型の形状にあわせられたミラー構造体１０を成形可能である。これらの結果、鏡面層１１にガラスの薄板を用いる場合でも、鏡面層１１が有する反射面１４は、基板１２の表面における凹凸の影響が低減される。したがって、大型化しても強度を維持しつつ重量の増加を抑制することができるとともに、反射面１４の平滑化を図ることができる。

【0018】

また、一実施形態によるミラー構造体１０の製造方法では、鏡面層１１と基板１２とを接合シート層１３で仮に貼付けた後に加熱している。これにより、基板１２および接合シート層１３が軟化し、双方の間になじみが生じる。また、加熱時に成型金型に押し付けることにより、ＣＦＲＰ製の基板１２が軟化し、成形金型にあわせられた形状となる。そのため、ミラー構造体１０は、薄板の構造体であっても、形状精度が向上する。これらのなじみは、ＣＦＲＰ製の基板１２に特有の凹凸を吸収する。さらに、硬化時の収縮が生じにくい接合シート層１３を用いることにより、鏡面層１１と基板１２との接合時における変形が低減される。そのため、鏡面層１１は、形状精度が向上する。したがって、凹凸を有するＣＦＲＰ製の基板１２を用いる場合でも、反射面１４の平滑化を図ることができ、光学特性を向上することができる。

【0019】

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

【符号の説明】

【0020】

図面中、１０はミラー構造体、１１は鏡面層、１２は基板、１３は接合シート層、１４は反射面、１５は基材、１６は粘着剤、２０は望遠鏡、２１は検出部、２２は光学系を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】