(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒と、この鏡筒の内部に配置され、外部から入射する光を集光する集光レンズと、この集光レンズと対向する前記鏡筒の一端に配置された光電変換部とを有し、前記集光レンズと前記光電変換部とは、それぞれサポートを介し前記鏡筒に固定され、さらに、前記鏡筒は、鏡筒の光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成されている人工衛星搭載用光学センサにおいて、
前記鏡筒は、引張弾性率９００ＧＰＡ、線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋６０゜／−６０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．４ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ａと、引張弾性率３００ＧＰＡ、線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．７７ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ｂとを有し、前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層／前記ＣＦＲＰ−Ｂをｎ層／さらに前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層（ただし、ｎは１以上の整数）の順に組み合わせてなることを特徴とする人工衛星搭載用光学センサ。
【請求項２】
観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒と、この鏡筒の一端に配置され、外部から入射する光を受ける鏡面を凹面鏡とした集光反射鏡と、この集光反射鏡と対向する前記鏡筒内の位置に配置され、反射面を光軸に対し４５度の角度をもたせた平面反射鏡と、この平面反射鏡の反射面と４５度の角度に配置した光電変換部とを有し、前記集光反射鏡と前記平面反射鏡とは、それぞれサポートを介し前記鏡筒に固定され、さらに、前記鏡筒は、鏡筒の光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成されている人工衛星搭載用光学センサにおいて、
前記鏡筒は、引張弾性率９００ＧＰＡ、線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋６０゜／−６０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．４ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ａと、引張弾性率３００ＧＰＡ、線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．７７ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ｂとを有し、前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層／前記ＣＦＲＰ−Ｂをｎ層／さらに前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層（ただし、ｎは１以上の整数）の順に組み合わせてなることを特徴とする人工衛星搭載用光学センサ。
【請求項３】
観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒と、この鏡筒の一端に配置され、外部から入射する光を受ける鏡面を凹面鏡とした第１集光反射鏡と、この第１集光反射鏡と対向する前記鏡筒内の位置に配置した第２集光反射鏡と、前記第１集光反射鏡の中央に配置した光電変換部とを有し、前記第１集光反射鏡と第２集光反射鏡とは、それぞれサポートを介し前記鏡筒に固定され、さらに、前記鏡筒は、鏡筒の光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成されている人工衛星搭載用光学センサにおいて、
前記鏡筒は、引張弾性率９００ＧＰＡ、線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋６０゜／−６０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．４ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ａと、引張弾性率３００ＧＰＡ、線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．７７ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ｂとを有し、前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層／前記ＣＦＲＰ−Ｂをｎ層／さらに前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層（ただし、ｎは１以上の整数）の順に組み合わせてなることを特徴とする人工衛星搭載用光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工衛星に搭載して地球表面や太陽表面や惑星表面を観測して画像データを取得する光学センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、人工衛星の概略について図５を用いて説明する。図５において、１は地球、２は地球１の外周を回る軌道、３はこの軌道２を周回する人工衛星である。この人工衛星３は、衛星本体４と、太陽光から電力を得る太陽電池パドル５と、光を検出して画像データを得る光学センサ６を備えている。なお、人工衛星３は本構成要素以外の構成要素も備えているが、それらは本発明では直接関係しないので省略している。このような構成において、光学センサ６は地球からの観測光７を検出して画像データを得る。
【０００３】
つぎに、従来のこの種の光学センサについて図６を用いて説明する。図６に光学センサの１つである集光型のセンサの概念図を示す。
図６において、８は集光レンズ、９は光電変換部、１０はレンズサポート、１１は光電変換サポート、１２はロッド、１３はセンササポート、１４はベースプレート、１５はカバー、１６は光である。光１６は集光レンズ８に入射し光電変換部９へと集光され、光の情報が電気の情報へと変換される。レンズサポート１０は、図示されないねじにより集光レンズ８に取り付けられている。光電変換サポート１１は、図示されないねじにより光電変換部９に取り付けられている。レンズサポート１０と光電変換サポート１１とは、図示されないねじによりロッド１２に取り付けられている。
【０００４】
また、レンズサポート１０と光電変換サポート１１は、図示されないねじによりセンササポート１３に取り付けられている。更に、センササポート１３は、図示されないねじによりベースプレート１４に取り付けられている。また、カバー１５は、図示されないねじによりベースプレート１４に取り付けられている。人工衛星搭載用光学センサを高解像度にするためには、集光レンズ８と光電変換部９の熱変形による焦点移動を十分抑える必要があるため、集光レンズ８と光電変換部９との間の距離の変化を少なくする必要がある。また、観測する光以外の光が光電変換部９に入射するとノイズとなり、高解像度を実現できなくなるため、観測する光以外の光が光電変換部９に入らないようにするため光学センサを覆う必要がある。
【０００５】
従来は、集光レンズ８をサポートしているレンズサポート１０と、光電変換部９をサポートしている光電変換サポート１１とは、線膨張係数が±１．０×１０-6／℃程度のロッド１２により結合することにより、集光レンズ８と光電変換部９との間の距離の寸法変化を低減していた。また、光電変換部９を含む光学系全体をカバー１５により覆うことにより、観測する光以外の光が光電変換部９に入らないようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、観測衛星においても更なる高解像度化と軽量化が求められている。例えば、地球表面を観測するためには、１０平方メートル程度の解像度では十分でなく、１平方メートル以下程度の解像度が必要であり、ロケットインターフェース要求によるシステム質量配分から、従来の２割の質量削減を要求されている。そのためには、従来の例では次のような問題点があった。
集光レンズをサポートしているレンズサポート１０と、光電変換部をサポートしている光電変換サポート１１を、線膨張係数が±１．０×１０-6／℃程度の低膨張のロッドにより結合した場合では、軌道上の熱変形による焦点移動により、１平方メートル以下程度の解像度を実現することは困難であった。また、光電変換部９を含む光学系全体を覆うカバー１５が、光学センサ６全体の質量の４割を必要としているため、残り６割の質量から全体の２割の質量を削減することは非常に困難であった。
【０００７】
この発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、軌道上の熱変形による焦点移動を低減し、観測する光以外の光が光電変換部に入射することなく、また、部材数を減らすことにより、軽量で高解像度を有する人工衛星搭載用光学センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒と、この鏡筒の内部に配置され、外部から入射する光を集光するレンズと、このレンズと対向する前記鏡筒の一端に配置された光電変換部とを有し、前記レンズと前記光電変換部とは、それぞれサポートを介し前記鏡筒に固定され、さらに、前記鏡筒は、鏡筒の光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成され、前記鏡筒は、引張弾性率９００ＧＰＡ、線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋６０゜／−６０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．４ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ａと、引張弾性率３００ＧＰＡ、線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．７７ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ｂとを有し、前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層／前記ＣＦＲＰ−Ｂをｎ層／さらに前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層（ただし、ｎは１以上の整数）の順に組み合わせてなるものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒と、この鏡筒の一端に配置され、外部から入射する光を受ける鏡面を凹面鏡とした集光反射鏡と、この集光反射鏡と対向する前記鏡筒内の位置に配置され、反射面を光軸に対し４５度の角度をもたせた平面反射鏡と、この平面反射鏡の反射面と４５度の角度に配置した光電変換部とを有し、前記集光反射鏡と前記平面反射鏡とは、それぞれサポートを介し前記鏡筒に固定され、さらに、前記鏡筒は、鏡筒の光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成され、前記鏡筒は、引張弾性率９００ＧＰＡ、線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋６０゜／−６０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．４ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ａと、引張弾性率３００ＧＰＡ、線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．７７ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ｂとを有し、前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層／前記ＣＦＲＰ−Ｂをｎ層／さらに前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層（ただし、ｎは１以上の整数）の順に組み合わせてなるものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒と、この鏡筒の一端に配置され、外部から入射する光を受ける鏡面を凹面鏡とした第１集光反射鏡と、この第１集光反射鏡と対向する前記鏡筒内の位置に配置した第２集光反射鏡と、前記第１集光反射鏡の中央に配置した光電変換部とを有し、前記第１集光反射鏡と第２集光反射鏡とは、それぞれサポートを介し前記鏡筒に固定され、さらに、前記鏡筒は、鏡筒の光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成され、前記鏡筒は、引張弾性率９００ＧＰＡ、線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋６０゜／−６０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．４ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ａと、引張弾性率３００ＧＰＡ、線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を繊維配向０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜の順に組み合わせ、炭素繊維強化プラスチック全体に対する炭素繊維の体積含有率を５５％とし、厚みを０．７７ｍｍとしたＣＦＲＰ−Ｂとを有し、前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層／前記ＣＦＲＰ−Ｂをｎ層／さらに前記ＣＦＲＰ−Ａをｎ層（ただし、ｎは１以上の整数）の順に組み合わせてなるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す人工衛星搭載用光学センサである。図１において、８は外部から入射する光を集光する集光レンズある。この集光レンズ８は、観測光以外の光の入射を遮断する円筒状の鏡筒１７の内部に配置されている。また、この集光レンズ８と対向する鏡筒１７の一端には光電変換部９が配置されている。そして、集光レンズ８はレンズサポート１０により、また光電変換部９は光電変換サポート１１により、それぞれ鏡筒１７に固定されている。さらに、鏡筒１７は鏡筒サポート１８によりベースプレート１４に支持されている。なお、集光レンズ８、光電変換部９、レンズサポート１０、光電変換サポート１１、鏡筒１７、鏡筒サポート１８およびベースプレート１４相互間に必要な固定手段としては、ねじ等の適宜の手段を用いることができる。
また、このような構造を有するセンサでは、光１６が集光レンズ８に入射し、光電変換部９へと集光され、光の情報が電気の情報へと変換される。
【００１２】
次に、鏡筒１７の構造を図２に基づき詳細に説明する。
図２は鏡筒１７の断面図である。図２において、１９は、引張弾性率９００ＧＰＡ／線膨張係数−１．４×１０-6／℃の炭素繊維（ＣＦ）を０゜／＋６０゜／−６０゜に配向し、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）全体に対する炭素繊維の体積含有率（以下Ｖｆという）を５５％とし厚みを０．４ｍｍとしたものである（以下ＣＦＲＰ−Ａと称する）。また、２０は、引張弾性率３００ＧＰＡ／線膨張係数−０．６×１０-6／℃の炭素繊維を０゜／＋９０゜／＋９０゜／０゜に配向し、Ｖｆを５５％とし厚みを０．７７ｍｍとしたものである（以下ＣＦＲＰ−Ｂと称する）。
ここで、実例を紹介する。このＣＦＲＰ−ＡとＣＦＲＰ−Ｂとを、ＣＦＲＰ−Ａ （０．４ｍｍ）ｎ層／ ＣＦＲＰ−Ｂ （０．７７ｍｍ）ｎ層／ ＣＦＲＰ−Ａ（０．４ｍｍ） ｎ層に配向した炭素繊維強化プラスチックの線膨張係数は、０゜方向／９０゜方向とも、−０．００３×１０-6／℃となる。この積層数ｎをｎ＝１とした。
【００１３】
このような構造を備えた鏡筒１７を用い、上記のような構造とすることにより、従来のカバーが省略され、サポート類の構造が簡素化され、その結果センサの質量を従来の２割削減することができた。
また、この炭素繊維強化プラスチックにて鏡筒１７を構成することにより、軌道上の熱変形による焦点移動を低減し、高解像度を有する軽量な人工衛星搭載用光学センサを得ることができた。
【００１４】
なお、上記においては、炭素繊維として、引張弾性率９００ＧＰＡ／線膨張係数−１．４×１０-6／℃のものと、引張弾性率３００ＧＰＡ／線膨張係数−０．６×１０-6／℃のものとを用いて繊維配向とＶｆを決めたが、０゜方向／９０゜方向とも０膨張になる他の組合せを用いることもできる。
【００１５】
実施の形態２．
次に、実施の形態２を図３に基づき説明する。この実施の形態２は、本発明をニュートン式光学系を備えたセンサに具体化したものである。図３において、２１は、外部から入射する光を受ける鏡面を凹面鏡とした集光反射鏡である。この集光反射鏡２１は、実施の形態１に記載のものと同様の鏡筒１７の一端（反観測光導入側）に配置されている。また、平面反射鏡２２が鏡筒１７内において、鏡筒１７の光軸と４５度の角度を持って集光反射鏡２１と対向するように配置されている。また、この平面反射鏡２２の反射面と４５度の角度をなす鏡筒１７の壁面付近に光電変換部９が配置されている。そして、集光反射鏡２１および平面反射鏡２２が反射鏡サポート２３により鏡筒１７に固定されている。また、鏡筒１７は鏡筒サポート１８によりベースプレート１４に固定されている。なお、集光反射鏡２１、平面反射鏡２２、反射鏡サポート２３、鏡筒１７あるいはベースプレート１４相互間に必要な固定手段としてはねじ等の適宜の手段を用いることができる。
【００１６】
このように構成された光学センサでは、光１６が集光反射鏡２１に入射し、平面反射鏡２２を介し光電変換部９へと集光され、光の情報が電気の情報へと変換される。
また、上記のように構成されることにより、実施の形態１の場合と同様に、従来のカバーが省略され、サポート類の構造が簡素化され、その結果センサの質量を従来の約２割削減することができる。また、この炭素繊維強化プラスチックにて鏡筒１７を構成することにより、軌道上の熱変形による焦点移動を低減し、高解像度を有する軽量な人工衛星搭載用光学センサを得ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
次に、実施の形態３を図４に基づき説明する。この実施の形態３は、本発明をグレゴリー式光学系またはカセグレン式光学系を備えた光学センサに具体化したものである。図４において、２４は、外部から入射する光を受ける鏡面を凹面鏡とした第１集光反射鏡である。この第１集光反射鏡２４は、実施の形態１に記載のものと同様の鏡筒１７の一端（反観測光導入側）に配置されている。また、第２集光反射鏡２５が鏡筒１７内において、第１集光反射鏡２４と対向するように配置されている。また、第１集光反射鏡２４の中央には光電変換部９が配置されている。そして、第１集光反射鏡２４および第２集光反射鏡２５が反射鏡サポート２３により鏡筒１７に固定されている。また、鏡筒１７は鏡筒サポート１８によりベースプレート１４に固定されている。なお、第１集光反射鏡２４、第２集光反射鏡２５、反射鏡サポート２３、鏡筒１７あるいはベースプレート１４相互間に必要な固定手段としては、ねじ等の適宜の手段を用いることができる。
【００１８】
このように構成された光学センサでは、光１６が第１集光反射鏡２４に入射し、第２集光反射鏡２５を介し光電変換部９へと集光され、光の情報が電気の情報へと変換される。
また、上記のように構成されることにより、実施の形態１の場合と同様に、従来のカバーが省略され、サポート類の構造が簡素化され、その結果センサの質量を従来の約２割削減することができる。また、この炭素繊維強化プラスチックにて鏡筒１７を構成することにより、軌道上の熱変形による焦点移動を低減し、高解像度を有する軽量な人工衛星搭載用光学センサを得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１から３に記載の発明によれば、軌道上の熱変形による焦点移動を低減し、観測する光以外の光が光電変換部に入射することなく、また、部材数を減らすことにより、高解像度を有し軽量な人工衛星搭載用光学センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る人工衛星搭載用光学センサの説明図である。
【図２】  図１の人工衛星搭載用光学センサにおける鏡筒の断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係る人工衛星搭載用光学センサの説明図である。
【図４】  この発明の実施の形態３に係る人工衛星搭載用光学センサの説明図である。
【図５】  人工衛星の概念図である。
【図６】  従来の集光型センサの概念図である。
【符号の説明】
８  集光レンズ、９  光電変換部、１０  レンズサポート、１１  光電変換サポート、１２  ロッド、１３  センササポート、１４  ベースプレート、１５  カバー、１６  光、１７  鏡筒、１８  鏡筒サポート、１９  ＣＦＲＰ−Ａ、２０  ＣＦＲＰ−Ｂ、２１  集光反射鏡、２２  平面反射鏡、 ２３  反射鏡サポート、２４  第１集光反射鏡、２５  第２集光反射鏡。
【図１】
0003801864.tif 000002
【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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