JP3801864B2

JP3801864B2 - Optical sensor for satellite installation

Info

Publication number: JP3801864B2
Application number: JP2000401699A
Authority: JP
Inventors: 克治大神田; 久幸迎; 公善内藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP2002202187A

Description

【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、１９ＣＦＲＰ−Ａ、２０ＣＦＲＰ−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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical sensor that is mounted on an artificial satellite and obtains image data by observing the surface of the earth, the surface of the sun, or the surface of a planet.
[0002]
[Prior art]
First, an outline of the artificial satellite will be described with reference to FIG. In FIG. 5, 1 is the earth, 2 is an orbit that goes around the outer periphery of the earth 1, and 3 is an artificial satellite that goes around this orbit 2. The artificial satellite 3 includes a satellite body 4, a solar battery paddle 5 that obtains electric power from sunlight, and an optical sensor 6 that detects light and obtains image data. The artificial satellite 3 also includes other components than this component, but these are omitted because they are not directly related to the present invention. In such a configuration, the optical sensor 6 detects the observation light 7 from the earth and obtains image data.
[0003]
Next, a conventional optical sensor of this type will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a conceptual diagram of a condensing sensor that is one of optical sensors.
In FIG. 6, 8 is a condenser lens, 9 is a photoelectric conversion unit, 10 is a lens support, 11 is a photoelectric conversion support, 12 is a rod, 13 is a sensor support, 14 is a base plate, 15 is a cover, and 16 is light. The light 16 enters the condensing lens 8 and is condensed on the photoelectric conversion unit 9, and the light information is converted into electrical information. The lens support 10 is attached to the condenser lens 8 with a screw (not shown). The photoelectric conversion support 11 is attached to the photoelectric conversion unit 9 by screws (not shown). The lens support 10 and the photoelectric conversion support 11 are attached to the rod 12 by screws (not shown).
[0004]
The lens support 10 and the photoelectric conversion support 11 are attached to the sensor support 13 with screws (not shown). Further, the sensor support 13 is attached to the base plate 14 by screws (not shown). Further, the cover 15 is attached to the base plate 14 by screws (not shown). In order to increase the resolution of the optical sensor mounted on the artificial satellite, it is necessary to sufficiently suppress the focal shift due to thermal deformation of the condenser lens 8 and the photoelectric conversion unit 9. It is necessary to reduce the change in distance. Further, when light other than the light to be observed enters the photoelectric conversion unit 9, noise is generated, and high resolution cannot be realized. Therefore, it is necessary to cover the optical sensor so that light other than the light to be observed does not enter the photoelectric conversion unit 9. There is.
[0005]
Conventionally, the lens support 10 supporting the condenser lens 8 and the photoelectric conversion support 11 supporting the photoelectric conversion unit 9 are rods having a linear expansion coefficient of about ± 1.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. Thus, the dimensional change in the distance between the condenser lens 8 and the photoelectric conversion unit 9 is reduced. Further, the entire optical system including the photoelectric conversion unit 9 is covered with the cover 15 so that light other than the light to be observed does not enter the photoelectric conversion unit 9.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, observation satellites are also required to have higher resolution and lighter weight. For example, in order to observe the Earth's surface, a resolution of about 10 square meters is not sufficient, and a resolution of about 1 square meter or less is required. From the system mass distribution according to the rocket interface requirement, the conventional mass reduction of 20% is required. Has been. For this purpose, the conventional example has the following problems.
The lens support 10 supporting the condenser lens and the photoelectric conversion support 11 supporting the photoelectric conversion unit are coupled by a low expansion rod having a linear expansion coefficient of about ± 1.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. In some cases, it was difficult to achieve a resolution of about 1 square meter or less by moving the focal point due to thermal deformation on the orbit. Moreover, since the cover 15 covering the entire optical system including the photoelectric conversion unit 9 requires 40% of the total mass of the optical sensor 6, it is extremely difficult to reduce the total mass of 20% from the remaining 60%. It was difficult.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and reduces focal movement due to thermal deformation on the orbit, so that light other than light to be observed does not enter the photoelectric conversion unit, and the number of members is reduced. Accordingly, an object of the present invention is to provide a satellite-mounted optical sensor that is lightweight and has high resolution.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a cylindrical barrel that blocks the incidence of light other than the observation light, and a light that is disposed inside the barrel and collects light incident from the outside. A lens that illuminates, and a photoelectric conversion unit disposed at one end of the lens barrel facing the lens, and the lens and the photoelectric conversion unit are each fixed to the lens barrel via a support; The lens barrel is made of carbon fiber reinforced plastic in which the optical axis direction and the optical axis orthogonal direction of the lens barrel are 0 expansion, and the lens barrel has a tensile elastic modulus of 900 GPA and a linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ^−6. CFRP-A in which carbon fibers at / ° C. are combined in the order of fiber orientation 0 ° / + 60 ° / −60 °, the volume content of carbon fibers with respect to the entire carbon fiber reinforced plastic is 55%, and the thickness is 0.4 mm; Tensile modulus 300 GPA, wire Combining expansion coefficient -0.6 × 10 ^-6 / ° C. of the carbon fiber to the fiber orientation 0 ° / + 90 ° / + 90 ° / 0 ° order the volume content of the carbon fiber to the whole carbon fiber reinforced plastics and 55%, CFRP-B having a thickness of 0.77 mm, and the CFRP-A is an n layer / the CFRP-B is an n layer / the CFRP-A is an n layer (where n is an integer of 1 or more) They are combined in order .
[0009]
The invention according to claim 2 is a collection of cylindrical mirrors that block the incidence of light other than the observation light, and a concave mirror that is disposed at one end of the lens barrel and receives light incident from the outside. A light reflecting mirror, a planar reflecting mirror disposed at a position in the lens barrel facing the condensing reflecting mirror, the reflecting surface having an angle of 45 degrees with respect to the optical axis, and a reflecting surface of the planar reflecting mirror; A photoelectric conversion unit disposed at an angle of 45 degrees, the condensing reflecting mirror and the planar reflecting mirror are each fixed to the barrel through a support, and the barrel is a light beam of the barrel The lens barrel is made of carbon fiber reinforced plastic whose axial direction and optical axis orthogonal direction are 0 expansion, and the lens barrel is made of carbon fiber having a tensile modulus of 900 GPA and a linear expansion coefficient of -1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. Combined in the order of ° / + 60 ° / -60 °, carbon fiber reinforced plastic The volume content of the carbon fibers to the body of 55% and a CFRP-A which was 0.4mm thickness, tensile modulus 300 GPa, fiber orientation carbon fibers in the linear expansion coefficient of -0.6 × 10 ^-6 / ℃ 0 CFRP-A, which is combined in the order of ° / + 90 ° / + 90 ° / 0 °, CFRP-B having a volume content of carbon fiber of 55% with respect to the whole carbon fiber reinforced plastic and a thickness of 0.77 mm, N layer / the CFRP-B is the n layer / the CFRP-A is the n layer (where n is an integer of 1 or more) .
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a cylindrical lens barrel that blocks incident light other than observation light, and a concave mirror that is disposed at one end of the lens barrel and receives light incident from the outside. One condensing reflecting mirror, a second condensing reflecting mirror disposed at a position in the barrel facing the first condensing reflecting mirror, and a photoelectric conversion unit disposed in the center of the first condensing reflecting mirror; The first condenser reflector and the second condenser reflector are each fixed to the barrel via a support, and the barrel is in the optical axis direction and optical axis orthogonal direction of the barrel Is made of carbon fiber reinforced plastic with 0 expansion, and the lens barrel is made of carbon fiber having a tensile elastic modulus of 900 GPA and a linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. with a fiber orientation of 0 ° / + 60 ° / −60. The volume content of carbon fiber relative to the entire carbon fiber reinforced plastic is 55 And then, the CFRP-A which was 0.4mm thickness, tensile modulus 300 GPa, the linear expansion coefficient of -0.6 × 10 ^-6 / ° C. fiber orientation carbon fibers 0 ° / + 90 ° / + 90 ° / 0 ° In combination, CFRP-B having a carbon fiber volume content of 55% with respect to the entire carbon fiber reinforced plastic and a thickness of 0.77 mm is included, and CFRP-A is n layers / CFRP-B is n layers / Further, the CFRP-A is combined in the order of n layers (where n is an integer of 1 or more) .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an optical sensor mounted on a satellite, showing Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 8 is a condensing lens that condenses light incident from the outside. The condensing lens 8 is disposed inside a cylindrical barrel 17 that blocks the incidence of light other than the observation light. A photoelectric conversion unit 9 is disposed at one end of the lens barrel 17 facing the condenser lens 8. The condenser lens 8 is fixed to the lens barrel 17 by the lens support 10, and the photoelectric conversion unit 9 is fixed to the lens barrel 17 by the photoelectric conversion support 11. Further, the lens barrel 17 is supported on the base plate 14 by a lens barrel support 18. As the fixing means necessary between the condenser lens 8, the photoelectric conversion unit 9, the lens support 10, the photoelectric conversion support 11, the lens barrel 17, the lens barrel support 18, and the base plate 14, an appropriate means such as a screw is used. be able to.
Further, in the sensor having such a structure, the light 16 enters the condenser lens 8 and is condensed onto the photoelectric conversion unit 9, and the light information is converted into electrical information.
[0012]
Next, the structure of the lens barrel 17 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the lens barrel 17. In FIG. 2, reference numeral 19 denotes a carbon fiber reinforced plastic (CF) oriented at 0 ° / + 60 ° / −60 ° with a carbon fiber (CF) having a tensile modulus of 900 GPA / linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. The volume content of carbon fiber (hereinafter referred to as Vf) relative to the entire CFRP) is 55% and the thickness is 0.4 mm (hereinafter referred to as CFRP-A). Further, 20 is oriented carbon fiber having a tensile modulus of 300 GPA / linear expansion coefficient of −0.6 × 10 ⁻⁶ / ° C. at 0 ° / + 90 ° / + 90 ° / 0 °, Vf is 55%, and thickness is 0 .77 mm (hereinafter referred to as CFRP-B).
Here is an example. Carbon fiber reinforced plastic in which CFRP-A and CFRP-B are oriented to CFRP-A (0.4 mm) n layer / CFRP-B (0.77 mm) n layer / CFRP-A (0.4 mm) n layer The linear expansion coefficient is −0.003 × 10 ⁻⁶ / ° C. in both 0 ° and 90 ° directions. The number n of layers was set to n = 1.
[0013]
By using the lens barrel 17 having such a structure and adopting the structure as described above, the conventional cover is omitted, the structure of the support is simplified, and as a result, the mass of the sensor is reduced by 20% compared to the conventional structure. We were able to.
Further, by constructing the lens barrel 17 with this carbon fiber reinforced plastic, it was possible to reduce the focal shift due to thermal deformation in orbit and to obtain a lightweight optical sensor mounted on a satellite with high resolution.
[0014]
In the above, the carbon fiber has a tensile modulus of 900 GPA / linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. and a tensile modulus of 300 GPA / linear expansion coefficient of −0.6 × 10 ⁻⁶ / ° C. The fiber orientation and Vf were determined using the above-mentioned ones, but other combinations that achieve 0 expansion in both the 0 ° direction and the 90 ° direction can also be used.
[0015]
Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the present invention is embodied in a sensor having a Newton optical system. In FIG. 3, reference numeral 21 denotes a condensing reflection mirror having a concave mirror as a mirror surface that receives light incident from the outside. This condensing reflecting mirror 21 is arranged at one end (counter-observation light introducing side) of a lens barrel 17 similar to that described in the first embodiment. In addition, the planar reflecting mirror 22 is disposed in the barrel 17 so as to face the condensing reflecting mirror 21 with an angle of 45 degrees with the optical axis of the barrel 17. Further, the photoelectric conversion unit 9 is disposed in the vicinity of the wall surface of the lens barrel 17 that forms an angle of 45 degrees with the reflecting surface of the planar reflecting mirror 22. The condensing reflecting mirror 21 and the flat reflecting mirror 22 are fixed to the lens barrel 17 by the reflecting mirror support 23. The lens barrel 17 is fixed to the base plate 14 by a lens barrel support 18. In addition, as a fixing means required between the condensing reflecting mirror 21, the flat reflecting mirror 22, the reflecting mirror support 23, the lens barrel 17 or the base plate 14, an appropriate means such as a screw can be used.
[0016]
In the optical sensor configured as described above, the light 16 is incident on the condensing / reflecting mirror 21, is condensed onto the photoelectric conversion unit 9 via the planar reflecting mirror 22, and the light information is converted into electrical information. .
Further, by being configured as described above, the conventional cover is omitted and the structure of the supports is simplified as in the case of the first embodiment. As a result, the mass of the sensor is reduced by about 20% compared to the conventional case. can do. Further, by forming the lens barrel 17 with this carbon fiber reinforced plastic, it is possible to obtain a light artificial satellite-mounted optical sensor having a high resolution by reducing focal movement due to thermal deformation in orbit.
[0017]
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the present invention is embodied in an optical sensor having a Gregory type optical system or a Cassegrain type optical system. In FIG. 4, reference numeral 24 denotes a first condensing / reflecting mirror in which a mirror surface that receives light incident from the outside is a concave mirror. The first condensing / reflecting mirror 24 is arranged at one end (counter-observation light introduction side) of the lens barrel 17 similar to that described in the first embodiment. Further, the second condensing / reflecting mirror 25 is disposed in the lens barrel 17 so as to face the first condensing / reflecting mirror 24. In addition, the photoelectric conversion unit 9 is disposed in the center of the first condenser reflector 24. The first condensing reflecting mirror 24 and the second condensing reflecting mirror 25 are fixed to the barrel 17 by the reflecting mirror support 23. The lens barrel 17 is fixed to the base plate 14 by a lens barrel support 18. In addition, as a fixing means required between the 1st condensing reflecting mirror 24, the 2nd condensing reflecting mirror 25, the reflecting mirror support 23, the lens-barrel 17, or the base plate 14, appropriate means, such as a screw, can be used. .
[0018]
In the optical sensor configured as described above, the light 16 is incident on the first condensing / reflecting mirror 24, is condensed to the photoelectric conversion unit 9 via the second condensing / reflecting mirror 25, and the light information is electrical information. Is converted to
Further, by being configured as described above, the conventional cover is omitted and the structure of the supports is simplified as in the case of the first embodiment. As a result, the mass of the sensor is reduced by about 20% compared to the conventional case. can do. Further, by forming the lens barrel 17 with this carbon fiber reinforced plastic, it is possible to obtain a light artificial satellite-mounted optical sensor having a high resolution by reducing focal movement due to thermal deformation in orbit.
[0019]
【The invention's effect】
According to the invention described in claims 1 to 3, by reducing the focal shift due to thermal deformation on the orbit, light other than the light to be observed does not enter the photoelectric conversion unit, and by reducing the number of members, It is possible to obtain an optical sensor for mounting on a satellite with high resolution and light weight.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an optical sensor mounted on an artificial satellite according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a lens barrel in the optical sensor mounted on the artificial satellite of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical sensor mounted on an artificial satellite according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical sensor mounted on an artificial satellite according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram of an artificial satellite.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a conventional condensing sensor.
[Explanation of symbols]
8 Condensing lens, 9 Photoelectric conversion unit, 10 Lens support, 11 Photoelectric conversion support, 12 Rod, 13 Sensor support, 14 Base plate, 15 Cover, 16 Light, 17 Lens barrel, 18 Lens barrel support, 19 CFRP-A, 20 CFRP-B, 21 condenser mirror, 22 plane reflector, 23 reflector support, 24 first condenser reflector, 25 second condenser reflector.

Claims

A cylindrical barrel that blocks incident light other than observation light, a condensing lens that is arranged inside the barrel and collects light incident from the outside, and the lens barrel facing the condensing lens Each of the condenser lens and the photoelectric conversion unit is fixed to the lens barrel via a support, and the lens barrel is in the optical axis direction of the lens barrel. And an optical sensor for mounting on an artificial satellite composed of carbon fiber reinforced plastic in which the direction perpendicular to the optical axis is 0 expansion ,
The lens barrel is formed by combining carbon fibers having a tensile elastic modulus of 900 GPA and a linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. in the order of fiber orientation 0 ° / + 60 ° / −60 °, and carbon fibers for the entire carbon fiber reinforced plastic. CFRP-A having a volume content of 55% and a thickness of 0.4 mm, and carbon fiber having a tensile modulus of 300 GPA and a linear expansion coefficient of −0.6 × 10 ⁻⁶ / ° C. are fiber orientations of 0 ° / + 90 °. / + 90 ° / 0 ° in combination, CFRP-B having a carbon fiber volume content of 55% with respect to the entire carbon fiber reinforced plastic and a thickness of 0.77 mm. An optical sensor mounted on an artificial satellite, which is formed by combining the CFRP-B with n layers / the CFRP-A with n layers (where n is an integer of 1 or more).

A cylindrical lens barrel that blocks incident light other than observation light, a condensing reflecting mirror that is arranged at one end of the lens barrel and receives a light incident from the outside, and a concave mirror; and the condensing reflecting mirror A planar reflecting mirror disposed at a position in the opposite lens barrel and having a reflecting surface at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis; and a photoelectric conversion unit disposed at an angle of 45 degrees with the reflecting surface of the planar reflecting mirror; The condensing reflecting mirror and the planar reflecting mirror are each fixed to the lens barrel via a support, and the lens barrel is expanded in the optical axis direction of the lens barrel and in the direction orthogonal to the optical axis. In an optical sensor mounted on a satellite that is made of carbon fiber reinforced plastic ,
The lens barrel is formed by combining carbon fibers having a tensile elastic modulus of 900 GPA and a linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. in the order of fiber orientation 0 ° / + 60 ° / −60 °, and carbon fibers for the entire carbon fiber reinforced plastic. CFRP-A having a volume content of 55% and a thickness of 0.4 mm, and carbon fiber having a tensile modulus of 300 GPA and a linear expansion coefficient of −0.6 × 10 ⁻⁶ / ° C. are fiber orientations of 0 ° / + 90 °. / + 90 ° / 0 ° in combination, CFRP-B having a carbon fiber volume content of 55% with respect to the entire carbon fiber reinforced plastic and a thickness of 0.77 mm. An optical sensor mounted on an artificial satellite, which is formed by combining the CFRP-B with n layers / the CFRP-A with n layers (where n is an integer of 1 or more).

A cylindrical barrel that blocks the incidence of light other than the observation light, a first condenser mirror that is disposed at one end of the barrel and that receives a light incident from the outside and having a concave mirror, and the first collection A second condensing reflecting mirror disposed at a position in the barrel facing the light reflecting mirror; and a photoelectric conversion unit disposed in the center of the first condensing reflecting mirror; And the second condenser mirror are each fixed to the lens barrel via a support, and the lens barrel is made of carbon fiber reinforced plastic in which the optical axis direction of the lens barrel and the optical axis orthogonal direction are 0 expansion. In the optical sensor mounted on the satellite ,
The lens barrel is formed by combining carbon fibers having a tensile elastic modulus of 900 GPA and a linear expansion coefficient of −1.4 × 10 ⁻⁶ / ° C. in the order of fiber orientation 0 ° / + 60 ° / −60 °, and carbon fibers for the entire carbon fiber reinforced plastic. CFRP-A having a volume content of 55% and a thickness of 0.4 mm, and carbon fiber having a tensile modulus of 300 GPA and a linear expansion coefficient of −0.6 × 10 ⁻⁶ / ° C. are fiber orientations of 0 ° / + 90 °. / + 90 ° / 0 ° in combination, CFRP-B having a carbon fiber volume content of 55% with respect to the entire carbon fiber reinforced plastic and a thickness of 0.77 mm. An optical sensor mounted on an artificial satellite, which is formed by combining the CFRP-B with n layers / the CFRP-A with n layers (where n is an integer of 1 or more).