(57)【要約】【課題】  光学系が太陽方向を指向する時間帯に光学装置に異常高温が発生することを防止する光学機器を提供する。【解決手段】  光学装置１は、筐体１１と、使用する光の波長帯のみを透過し、それ以外の波長帯の光を反射するバンドパスフィルタ１２と、バンドパスフィルタ１２を筐体１１に取り付けるバンドパスフィルタ取付け部１３と、を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
使用する光の波長帯のみを透過し、それ以外の波長帯の光を反射するフィルターと、
前記フィルターを前記筐体の先端に取り付けるフィルター取付け部と、
を有する光学装置。
【請求項２】
前記フィルター取付け部は、前記フィルターを前記筐体に断熱取付けする断熱取付け部である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記フィルター取付け部は、前記フィルターの周辺の３点以上、１０点以下の箇所で前記フィルターを前記筐体に固定する、請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記フィルター取付け部は、前記フィルターが円形状であり、前記フィルターの周辺の円弧の部分を略均等な間隔で前記筐体に固定する、請求項１から３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記フィルター取付け部は、前記フィルターが長円形状であり、前記フィルターの円弧部分を固定する、請求項１から３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】
前記フィルター取付け部は、前記フィルターを保持し、前記筐体との間に第１の断熱部材を挟んで前記筐体に固定されるクリップを有する、請求項１から５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
前記フィルター取付け部は、前記筐体に備えられ、前記クリップがネジ止めされる第２の断熱部材を有する、請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記フィルターは、弾性部材を介して前記クリップにより保持される、請求項６又は７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記筐体の前記フィルターに近接する部分の熱を宇宙環境に放熱する放熱部を有する、請求項１から８のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１０】
前記フィルターの端部を加熱する加熱部を有する、請求項１から９のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１１】
前記筐体の前記フィルターから離れた部分を加熱する筐体加熱部を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関し、特に人工衛星、宇宙探査機、宇宙ステーションなどに搭載する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星、宇宙探査機、宇宙ステーションなどに搭載する、例えば地球観測用光学センサ、天文観測用光学センサ、光通信機器には光学装置が用いられる。特に、地球観測衛星などの需要の増大に伴い、観測データの迅速なダウンロードの為、データ中継衛星などを利用した衛星間のデータ通信の高速化が要求されている。この要求に対応するため、電波による通信の代替手段として、光（レーザ）を使用した光衛星間通信の整備が各国で進められている。
【０００３】
光衛星間通信では、レーザの送受信を行う為、光学系（望遠鏡など）が必要となる。光学系は熱歪により光学性能が劣化し、ひいては通信エラーレートが劣化するため、軌道上で全体を常温に制御する、高精度の熱制御が要求される。
【０００４】
このための関連技術として、例えば特許文献１に、光学機器内温度を外部環境温度以上の所定温度に保つ温度制御方法が開示されている。特許文献１の温度制御方法は、光学機器内温度が所定温度未満であるときは、単調制御によって温度制御を行い、光学機器内温度が所定温度以上であるときは、外部環境温度と、目標温度と光学機器内温度との偏差に基づく比例制御によって温度制御を行うものである。
【０００５】
また特許文献２には、光学部品の近傍に発熱素子を取り付けた宇宙用光学機器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８８２２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８２７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、光衛星間通信を実施する際、自衛星と通信相手の衛星、および太陽の位置関係により、光学系が太陽方向を指向する時間帯が必ず存在する。その際、光学系内部に太陽光が侵入し、光学系の常温制御が不可能となる。また、場合によっては、望遠鏡によって集光した太陽光により、局所的に異常高温になり、機器の破壊につながる可能性がある。特許文献１及び２には、光学系が太陽方向を指向する時間帯に光学装置に異常高温が発生することを防止する構成は開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、光学系が太陽方向を指向する時間帯に光学装置に異常高温が発生することを防止する光学機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学装置は、筐体と、使用する光の波長帯のみを透過し、それ以外の波長帯の光を反射するフィルターと、前記フィルターを前記筐体の先端に取り付けるフィルター取付け部と、を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光学系が太陽方向を指向する時間帯に光学装置に異常高温が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態の概要構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のバンドパスフィルタ１２の温度分布を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態の構成を示す正面図である。
【図４】図４は、図３の変形例の構成を示す正面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、図５の断熱取付け部の構成の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態の構成を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、図８の変形例の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の光学装置について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の概略構成を示す図である。図１に示すように、光学装置１は、筐体１１と、光学装置１が使用する光の波長帯のみを透過し、それ以外の波長帯の光を反射するフィルターであるバンドパスフィルタ１２と、バンドパスフィルタ１２を筐体１１に保持し、バンドパスフィルタ１２を筐体１１に取付けるバンドパスフィルタ取付け部１３と、を備えている。
【００１４】
光衛星間通信を実施する際、自衛星と通信相手の衛星、および太陽の位置関係により、光学装置１が太陽方向を指向する時間帯が必ず存在する。バンドパスフィルタ１２を光学装置１に取付ける構成により、光学装置１が太陽方向を指向していてもバンドパスフィルタ１２は、光学装置１が使用する光の波長帯のみを透過し、それ以外の波長帯の光を反射するため、光学装置１の内部に侵入する太陽光は少なくなる。したがって光学装置１の内部は異常高温にならず、光学系の常温制御が可能となる。
【００１５】
なおバンドパスフィルタ１２は、光学装置１の筐体１１の先端部１１ａに取り付けられている。バンドパスフィルタ１２は、宇宙空間に露出するため、バンドパスフィルタ１２の温度は、周囲環境すなわち宇宙空間及び光学装置１の内部との熱放射による熱交換と、バンドパスフィルタ取付け部における光学装置１の筐体１１との熱伝導による熱交換で決定される。
【００１６】
図２は、図１のバンドパスフィルタ１２の温度分布を示す図である。バンドパスフィルタ１２の中央部１２ａ（例えば、中心からの距離がＲ１以内）の温度Ｔ１は、バンドパスフィルタ１２の表面全体で発生する熱放射に大きく支配される。これに対し、バンドパスフィルタ１２のバンドパスフィルタ取付け部１３の近傍、すなわちバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂ（例えば中心からの距離がＲ０）の温度Ｔ０は、バンドパスフィルタ取付け部１３において局所的に発生する、熱伝導による筐体１１との熱交換に大きく影響を受ける。一般に図２に示すようにバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂ（例えば中心からの距離がＲ０）の温度Ｔ０が最も高く、中心に近づくにつれて温度が低くなり、バンドパスフィルタ１２の中央部１２ａ（例えば、中心からの距離がＲ１以内）では、温度Ｔ１でほぼ平坦となる温度分布となる。バンドパスフィルタ取付け部１３における局所的熱交換によりバンドパスフィルタ１２の中央部１２ａと端部１２ｂで温度差が発生し、温度分布が大きくなる原因となる。バンドパスフィルタ１２自体も、温度分布が大きいほど、光学装置１の性能を劣化させる為、取り付け方法に工夫が必要となる。
【００１７】
図３は、本発明の第１の実施形態の構成を示す正面図であり、バンドパスフィルタ１２が円形状である例を示す図である。また図４は、図３の変形例の構成を示す正面図であり、バンドパスフィルタ１２が長円形状である例を示す図である。バンドパスフィルタ１２は、断熱取付け部１４により、断熱性を確保でき、かつ、ロケット打ち上げ時の振動に耐える強度も考慮して、バンドパスフィルタ１２の周辺の３点以上、１０点以下の箇所で筐体１１に固定する。
【００１８】
バンドパスフィルタ１２が円形状である場合には、図３に示すように、例えばバンドパスフィルタ１２の周辺の円弧の部分が略均等な間隔で、４点の箇所で筐体１１に固定される。なおこれに限らず３点から１０点でバンドパスフィルタ１２が固定されてもよい。
【００１９】
またバンドパスフィルタ１２が長円形状である場合には、例えば図４に示すように、バンドパスフィルタ１２の円弧の中央と、直線部分に近い円弧の両端の、合計６点が固定されてもよい。バンドパスフィルタ１２が円弧部分のみで固定されることにより温度分布が平坦な範囲を拡大することが可能になる。なおこれに限らずバンドパスフィルタ１２の周辺の６点から１０点の箇所が筐体１１に固定されてもよい。
【００２０】
図５は、本発明の第１の実施形態の構成を示す断面図である。本実施形態は、熱交換を抑制するバンドパスフィルタ取付け部として、バンドパスフィルタ１２を筐体１１に断熱取付けする断熱取付け部１４を備えている。図５に示すように、光学装置２は、筐体１１と、宇宙環境に接する光学部品であるバンドパスフィルタ１２と、バンドパスフィルタ１２を筐体１１に断熱取付けする断熱取付け部１４とを備えている。
【００２１】
筐体１１の先端部１１ａには、３箇所から１０箇所で、内部に向けて突出する取付け部１１１が備えられる。バンドパスフィルタ１２は、断熱取付け部１４により筐体１１の内部に突出する３箇所から１０箇所の取付け部１１１に取付けられる。
【００２２】
また光学装置２の筐体１１の内部には、光学装置、例えば望遠鏡の機能のため、バンドパスフィルタ１２以外の光学部品１５が備えられている。
【００２３】
筐体１１の外面は、バンドパスフィルタ１２以外全体が宇宙環境から断熱するための断熱材１６で、覆われている。断熱材１６は、例えばＭＬＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる宇宙用断熱材等が用いられる。
【００２４】
図６は、図５の断熱取付け部の構成の一例を示す図である。断熱取付け部１４は、図６に示すように、第１の断熱部材１４１と、バンドパスフィルタ１２を保持するクリップ１４２とを備えている。
【００２５】
第１の断熱部材１４１は、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：ｇｌａｓｓ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）など、熱伝導率の小さい材料を用いて作成される。クリップ１４２は、熱伝導率の小さい金属材料、例えばチタン合金を用いて作成される。クリップ１４２は、取付け部１１１との間に第１の断熱部材１４１を挟んでネジ１４３で筐体１１の取付け部１１１に固定される。なお図６に示すように筐体１１の取付け部１１１のバンドパスフィルタ１２と反対側の面に第２の断熱部材１４４が備えられ、クリップ１４２は、第２の断熱部材１４４にネジ止めされてもよい。第２の断熱部材１４４も、例えば、ＧＦＲＰなど、熱伝導率の小さい材料を用いて作成される。また例えば図６に示すように第２の断熱部材１４４は貫通穴に嵌合する突起により位置決めされる。また、ネジ１４３は、取付け部１１１の内面に接触せずに取付け部１１１を貫通して第２の断熱部材１４４にネジ止めされる。このような構成により、ネジ１４３が貫通穴の内面に接触せず筐体１１からバンドパスフィルタ１２への熱伝導を抑制することができる。
【００２６】
またバンドパスフィルタ１２は、図６に示すように、例えばシリコン接着剤などの弾性部材１４５を介してクリップ１４２により保持される。このような構成により、筐体１１が温度変動によって変形することによって発生する荷重をリリースすることができる。
【００２７】
本実施形態によれば、断熱取付け部１４がバンドパスフィルタ１２を筐体１１に断熱取付けする構成により、宇宙環境に接するバンドパスフィルタ１２と筐体１１との熱交換を抑制する。このことにより、バンドパスフィルタ１２の端部１２ｂでの熱伝導による熱交換を少なくすることができ、端部１２ｂの温度が中央部１２ａの温度に近づく。これにより、バンドパスフィルタ１２の温度分布を平坦化でき、光学装置の光学性能を向上させることができる。
【００２８】
例えばバンドパスフィルタを使用した撮像装置においては、撮像した画像の解像度の向上が期待できる。また、バンドパスフィルタを使用した光衛星間通信装置においては、通信エラーレートを削減することができ、通信品質の向上が期待できる。さらに、上記の様にバンドパスフィルタによって一定の光学性能が担保されるため、光学装置を太陽方向に向けることができ、光学装置の運用性が大きく向上する。
【００２９】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。本実施形態は、光学装置３の筐体１１のバンドパスフィルタ１２に近接する部分、すなわち筐体１１の先端部１１ａの熱を宇宙空間に放熱する放熱部１７を備えた実施形態である。
【００３０】
図７に示すように、光学装置３の筐体１１の先端部１１ａには、放熱部１７が備えられている。放熱部１７には、例えばＯＳＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、銀蒸着テフロン（登録商標）、白色塗装などが用いられる。また、放熱部１７は、光学装置３の筐体１１の先端部１１ａに貼り付けられたＯＳＲでもよい。また放熱部１７は、筐体１１の先端部１１ａに、銀蒸着テフロン（登録商標）加工を行って形成されてもよく、又は白色塗装を行って形成されてもよい。
【００３１】
なお本実施形態においてはバンドパスフィルタ１２を筐体１１に保持する保持部１８は、第1の実施形態と同様な断熱取付け部としてかまわない。
【００３２】
また筐体１１の外面は、例えばＭＬＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる宇宙用断熱材等である断熱材１６により全体的に覆われているが、放熱部１７が備えられた部分は、断熱材１６により覆われていない。
【００３３】
本実施形態によれば、放熱部１７を備えることにより筐体１１のバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂ近傍の筐体１１の先端部１１ａの熱を宇宙空間に放熱し温度を下げることが可能になる。このことによりバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂをバンドパスフィルタ１２の中央部１２ａと同じ温度にし、端部１２ｂにおける伝導熱交換を最小化し、バンドパスフィルタ１２の温度分布を平坦化することができる。
【００３４】
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態の構成を示す図である。なお本実施形態では図８に示すように、ヒータ１９と温度検出部２０が、光学装置４の筐体１１の先端部１１ａの筐体１１内部に備えられる。温度検出部２０は、例えば図８に示すように、先端部１１ａの近くに設置された光学部品１５の温度を検出してバンドパスフィルタ１２の中央部１２ａの温度上昇を検出するよう構成されてもよい。温度検出部２０によりバンドパスフィルタ１２の中央部１２ａの温度上昇を検出した場合には、ヒータ１９がバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂを加熱する。
【００３５】
本実施形態によれば、バンドパスフィルタ１２の中央部１２ａの温度上昇を検出した場合には、ヒータ１９がバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂを加熱することで、バンドパスフィルタ１２の温度分布を平坦化することができる。
【００３６】
なお放熱部１７を備えていることで筐体１１の先端部１１ａの温度低下により筐体１１の光学部品１５を取付けている部分まで温度低下の恐れがある。図９は、図８の変形例の構成を示す断面図である。本変形例では、バンドパスフィルタ１２の中央部１２ａの温度を検出する温度検出部２０とは別に、筐体１１のバンドパスフィルタ１２から離れた部分、すなわち光学部品１５を取付けている本体部１１ｂの温度を検出する温度検出部２１を備える。また筐体１１の光学部品１５を取付けている本体部１１ｂの温度低下を検出した場合に、本体部１１ｂを加熱して昇温する筐体ヒータ２２が備えられ、光学装置３の内部の温度均一性が保たれるよう制御される。また筐体１１は、図９に示すように、筐体ヒータ２２より先端側に断熱材２３が備えられ、バンドパスフィルタ１２が取付けられている先端部１１ａと、光学部品が取付けられている本体部１１ｂとを断熱するよう構成されてもよい。本変形例では、温度検出部２０によりバンドパスフィルタ１２の中央部１２ａの温度上昇を検出した場合には、ヒータ１９によりバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂが加熱されてバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂが昇温する。これとともに本変形例では、温度検出部２１により筐体１１の光学部品１５を取付けている本体部１１ｂの温度低下を検出した場合には筐体ヒータ２２が本体部１１ｂを加熱して昇温する。
【００３７】
本変形例によれば、筐体ヒータ２２を備えることにより放熱部１７を備えた先端部１１ａの温度低下による筐体１１の本体部１１ｂの温度低下を防止することが可能になる。このことによりバンドパスフィルタ１２の端部１２ｂをバンドパスフィルタ１２の中央部１２ａと同じ温度にし、端部１２ｂにおける伝導熱交換を最小化し、バンドパスフィルタ１２の温度分布を平坦化することができる。
【００３８】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１、２、３、４    光学装置
１１    筐体
１２    バンドパスフィルタ
１３    バンドパスフィルタ取付け部
１４    断熱取付け部
１４１、１４４    断熱部材
１４２    クリップ
１４３    ネジ
１４５    弾性部材
１５    光学部品
１６、２３    断熱材
１７    放熱部
１８    保持部
１９    ヒータ
２０    温度検出部
２１    温度検出部
２２    筐体ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018034720.tif 000009
【図８】
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【図９】
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