DE112019005629T5

DE112019005629T5 - Optische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112019005629T5
Application number: DE112019005629.8T
Authority: DE
Inventors: Tomoya Hattori; Noboru Kawaguchi; Toshitaka NAKAOJI; Atsumu Oikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-07-29
Also published as: WO2020122196A1; US11391913B2; US11506865B2; US20220026668A1; JP6791461B2; CN113165307A; JPWO2020122197A1; WO2020122197A1; US20220026667A1; JPWO2020122196A1; EP3895886A1; EP3895886A4; JP6747635B1

Abstract

Eine optische Vorrichtung kann eine relative Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen einem Reflexionsspiegel und einem SpiegelStützbauteil handhaben und kann auch den Reflexionsspiegel mit einer einfacheren Struktur als der konventionellen stützen. Die optische Vorrichtung 50 beinhaltet: einen Reflexionsspiegel 1, der eine Reflexionsoberfläche 3 zum Reflektieren von Licht enthält, und einen unterstützten Bereich 4, der auf einer Rückoberfläche angeordnet ist und drei unterstützte Oberflächen 5 aufweist, die mit Rotationssymmetrie von 120 Grad um eine optische Achse LX angeordnet sind, wobei die Rückoberfläche eine Oberfläche des auf einer Gegenseite zur Reflexionsoberfläche 3 existierenden Reflexionsspiegel 1 ist; ein Strukturbauteil 2, das auf einer Rückseite des Reflexionsspiegels 1 vorgesehen ist; und drei Stützträger 9, wobei jeder der Stützträger 9 einen Spiegel-Unterstützungsbereich 9A, der mit jeder der drei unterstützten Oberfläche 5 verbunden und sie stützend ist, beinhaltet und zwei Enden aufweist, die mit dem Strukturbauteil 2 verbunden sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung mit einem Reflexionsspiegel.
HINTERGRUND
Ein strukturelles Bauteil einer im Gebiet von Luftfahrt oder astronomischer Wissenschaft verwendeten optischen Vorrichtung, wie etwa beispielsweise ein optisches Teleskop, muss leichtgewichtig sein und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweisen. Das strukturelle Bauteil mit einem hohen thermischen Expansionskoeffizienten kann aufgrund einer Temperaturänderung jenseits eines zulässigen Ausmaßes deformiert werden. Das aufgrund der Wärme jenseits des zulässigen Ausmaßes deformierte Bauteil kann verursachen, dass die optische Achse eines optischen Teleskops beispielsweise von einer spezifizierten Richtung abweicht, oder die Brennpunktposition veranlassen, von einer vorbestimmten Position abzuweichen. Um die optische Achse in der spezifizierten Richtung mit hoher Präzision zu orientieren und die Brennpunktposition an der vorbestimmten Position zu fixieren, ist es erforderlich, dass das strukturelle Bauteil des optischen Teleskops einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist. Darüber hinaus, um die Auflösung des optischen Teleskops zu vergrößern, ist es beispielsweise notwendig, die Größe eines Reflexionsspiegels zu vergrößern. Um einen Gewichtsanstieg so klein als möglich zu beschränken, während die Größe vergrößert wird, ist es erforderlich, dass das strukturelle Bauteil leichtgewichtig ist.
Es ist als ein strukturelles Bauteil ein Honigwaben-Sandwich-Paneel bekannt, das hohe Steifheit aufweist und leichtgewichtig ist. Das Honigwaben-Sandwich-Paneel beinhaltet einen Kern mit einer Honigwaben-Struktur und Plattenmaterialien (Häute), die zwischen sich den Kern sandwichen. Die Honigwaben-Struktur ist eine Struktur, in der eine Vielzahl von röhrenförmigen Zellen, die alle einen hexagonalen (was erwünscht ist, dass dies regulär hexagonal ist) Querschnitt aufweisen, parallel zueinander angeordnet sind, ohne unbesetzte Räume zurückzulassen. Die Häute, die rechtwinklig zur Honigwaben-Struktur angeordnet sind, sind mit dem Kern verbunden.
Das strukturelle Bauteil der optischen Komponente muss leichtgewichtig sein und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweisen. Insbesondere ist es erforderlich, dass ein optisches Teleskop, das beispielsweise an einem künstlichen Satelliten oder Raumfahrzeug montiert und im Weltraum zu verwenden ist, einen thermischen Expansionskoeffizienten seines strukturellen Bauteils aufweist, welcher kleiner ist als der thermische Expansionskoeffizient eines auf der Erde installierten optischen Teleskops. Der Grund dafür ist, dass das im Weltraum zu verwendende optische Teleskop einer Temperaturänderung von mehr als 100 Grad zwischen einem Zustand des Empfangens von Sonnenlicht und einem Zustand des Empfangens von keinem Sonnenlicht unterworfen ist. Um Beobachtung durch das optische Teleskop zu ermöglichen, die mit der erforderlichen Präzision durchgeführt wird, ist es notwendig, eine thermische Deformation des optischen Teleskops innerhalb eines zulasseigen Bereichs (zulässigen Ausmaßes) zu beschränken. Die Größe der thermischen Deformation, welche für die optische Vorrichtung zulässig ist, um dieselbe vorbestimmte Präzision zu erzielen, ist auf der Erde und im Weltraum die gleiche. Die im Weltraum zu verwendende optische Vorrichtung, wo die optische Vorrichtung einer großen Temperaturänderung unterworfen wird, muss einen kleineren thermischen Expansionskoeffizienten seines strukturellen Bauteils aufweisen als ein thermischer Expansionskoeffizient der auf der Erde installierten optischen Vorrichtung, um eine thermische Deformation aufzuweisen, welche im Wesentlichen identisch zur thermischen Deformation der optischen Vorrichtung auf der Erde ist.
Kohlefaser-verstärkter Kunststoff (CFRP) ist als ein Material von leichtem Gewicht und hoher Steifheit bekannt. Es ist ein aus CFRP hergestelltes Honigwaben-Sandwich-Paneel vorgeschlagen worden. Beim aus CFRP gemachten Honigwaben-Sandwich-Paneel sind sowohl sein Kern als auch die Häute aus CFRP gemacht. Es wurde vorgeschlagen, den Kern in Bereiche mit unterschiedlichen Dichten und Richtungen zu unterteilen, abhängig von der Größe und/oder der Richtung der Belastung (siehe Patentdokument 1). Um einen isotropen thermischen Expansionskoeffizienten aufzuweisen, was bedeutet, dass der thermische Expansionskoeffizient unabhängig von der Richtung gleich ist, beinhaltet der Kern eine Vielzahl von röhrenförmigen Zellen, die aufeinander gelagert sind, und die Wand zwischen den Zellen weist eine gleichförmige Dicke auf (siehe Patentdokument 2). Das aus CFRP gemachte Honigwaben-Sandwich-Paneel weist einen thermischen Expansionskoeffizienten kleiner als 10^-6 [1/K] auf.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, eine spezifische Richtung zu ersinnen, in welcher Kohlefasern für den Kern verwoben sind, und/oder eine spezifische Schichtstruktur, um den CFRP dazu zu bringen, einen negativen thermischen Expansionskoeffizienten aufzuweisen. Es wird auch vorgeschlagen, den thermischen Expansionskoeffizienten der Häute zu justieren, um den thermischen Expansionskoeffizienten des gesamten Honigwaben-Sandwich-Paneels dazu zu bringen, Positiv und Negativ aufzuheben (siehe Patentdokument 3).
Um den Reflexionsspiegel des optischen Teleskops mit hoher Präzision zu unterstützen, ist ein komplizierter Stützmechanismus notwendig. Beispielsweise ist ein Spiegel-Stützmechanismus, der eine Kombination eines Axial-Stützmechanismus, der den Reflexionsspiegel in seiner optischen Achsenrichtung hält, und eines Lateral-Stützmechanismus, welcher den Reflexionsspiegel innerhalb einer Ebene rechtwinklig zur optischen Achse hält, bekannt, so dass der Spiegel-Stützmechanismus den Reflexionsspiegel in einem Zustand hält, bei dem der gesamte Reflexionsspiegel angemessen beschränkt ist, die sechs Freiheitsgrade zum Bewegen als starren Körper aufzuweisen. Der Spiegel-Stützmechanismus weist eine Struktur auf, die auch eine relative Differenz bei dem thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Reflexionsspiegel und dem Spiegel-Stützmechanismus handhaben kann (siehe beispielsweise Patentdokument 4).
ZITATELISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. JP 3902429 B
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2005-028966 A
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. JP 5574835 B
Patentdokument 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2012-185278 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In einem künstlichen Satelliten oder in einer optischen Vorrichtung, die an einem künstlichen Satelliten montiert ist, wird ein Reflexionsspiegel durch einen komplizierten Mechanismus gehalten. Der komplizierte Mechanismus erfordert mehr an Fabrikation im Hinblick auf zumindest eines von Zeit, Aufwand und Kosten. Es gibt einen Bedarf an einer optischen Vorrichtung, die eine relative Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Reflexionsspiegel und dem Spiegel-Stützmechanismus berücksichtigen kann, und auch den Reflexionsspiegel mit einer einfacheren Struktur als der konventionellen stützen kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine optische Vorrichtung zu erhalten, die eine relative Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen einem Reflexionsspiegel und einem den Reflexionsspiegel stützenden Bauteil behandeln kann, und auch den Reflexionsspiegel mit einer einfacheren Struktur als der konventionellen stützen kann.
PROBLEMLÖSUNG
Eine optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: einen Reflexionsspiegel, der eine Reflexionsoberfläche zum Reflektieren von Licht und einen unterstützten Bereich, der auf einer Rückoberfläche angeordnet ist, und drei unterstützte Oberflächen aufweist, die mit Rotationssymmetrie von 120 Grad um eine optische Achse angeordnet sind, beinhaltet, wobei die Rückoberfläche eine Oberfläche des Reflexionsspiegels ist, die auf der Gegenseite der reflektierenden Oberfläche existiert; ein Strukturbauteil, das auf einer Rückseite des Reflexionsspiegels vorgesehen ist; und drei Stützbauteile, wobei jedes der drei Stützbauteile einen Spiegelstützbereich beinhaltet, der verbunden ist mit und unterstützt jede der drei unterstützten Oberflächen, und zwei Enden aufweist, die mit dem Strukturbauteil verbunden sind.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine optische Vorrichtung erhalten werden, die eine relative Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen einem Reflexionsspiegel und einem den Reflexionsspiegel stützenden Bauteil behandeln kann, und auch den Reflexionsspiegel mit einer einfacheren Struktur als der konventionellen stützen kann.
Figurenliste

1 ist eine Perspektivansicht einer optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
2 ist eine Frontsicht der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
3 ist eine Aufsicht der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
4 ist eine Rechtsseitenansicht der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
5 ist eine Bodenansicht der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
6 ist eine Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
7 ist eine Perspektivansicht eines Stützträgers, der zum Stützen eines Reflexionsspiegels in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendet wird.
8 ist eine Frontansicht des Stützträgers, der zum Halten des Reflexionsspiegels in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendet wird.
9 ist eine Aufsicht des zum Unterstützen des Reflexionsspiegels in der optischen Vorrichtung verwendeten Stützträgers gemäß Ausführungsform 1.
10 ist eine Rechtsseitenansicht des zum Unterstützen des Reflexionsspiegels in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendeten Stützträgers.
11 ist eine Rückansicht des zum Unterstützen des Reflexionsspiegels in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendeten Stützträgers.
12 ist eine perspektivische Ansicht des durch den Stützträger in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 gestützten Reflexionsspiegels.
13 ist eine Frontansicht des durch den Stützträger in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 gestützten Reflexionsspiegels.
14 ist eine Rechtsseitenansicht des durch den Stützträger in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform gestützten Reflexionsspiegels.
15 ist eine Rückansicht des durch den Stützträger in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 gestützten Reflexionsspiegels.
16 ist eine Untersicht des durch den Stützträger in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 gestützten Reflexionsspiegels.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines in der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 verwendeten Honigwaben-Sandwich-Paneels in einem Zustand, in welchem ein Teil einer Haut des Paneels entfernt ist.
18 ist eine Frontansicht eines künstlichen Satelliten, auf welchem eine optische Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 montiert ist.
19 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils, wo die optische Vorrichtung und der künstliche Satellit miteinander verbunden sind, gemäß Ausführungsform 2.
20 ist eine Konzept-Querschnittsansicht, die eine interne Konfiguration der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 illustriert.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Eine optische Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. 1 ist eine Perspektivansicht der optischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1. 2 bis 5 sind eine Frontansicht, eine Aufsicht, eine Rechtsseitenansicht, bzw. eine Untersicht der optischen Vorrichtung. 6 ist eine Querschnittsansicht längs eines in 3 gezeigten A-A-Querschnitts. Eine Reflexionsspiegelstruktur 50, die eine optische Vorrichtung ist, beinhaltet einen Reflexionsspiegel 1 und ein Spiegelstützteil 2. Die Reflexionsspiegelstruktur 50 ist ein optisches Teleskop zur Beobachtung von Himmelskörpern oder dergleichen. Das Spiegelstützteil 2 ist ein Bauteil, welches den Reflexionsspiegel 1 hält bzw. stützt. Der Reflexionsspiegel 1 weist eine, Reflexionsoberfläche 3 auf, die für die Beobachtung zu verwendendes Beobachtungslicht reflektiert und einen unterstützten Bereich 4, der am Zentrum der Rückoberfläche bereitgestellt ist, welche eine Oberfläche auf der entgegengesetzten Seite zur Reflexionsoberfläche ist. Der unterstützte Bereich 4 ist ein Bauteil, welches durch das Spiegelstützteil 2 gehalten wird. Die Reflexionsoberfläche 3 ist eine konkave Oberfläche mit einer kreisförmigen Kontur. Der unterstützte Bereich 4 ist ein Vorsprung, der eine zylindrische Außenform aufweist. In einem Bereich des Vorsprungs nahe einem Ende sind gestützte Oberflächen 5, die drei flache Oberflächen parallel zu einer optischen Achse LX (gezeigt in 2 und 4) sind, des Reflexionsspiegels 1 vorgesehen. Unterstützte Oberflächen 5 sind rechteckige flache Oberflächen derselben Größe, die zwischen sich einen Winkel von 120 Grad bilden. Der unterstütze Bereich 4 ist rotations-symmetrisch bei jeweils 120 Grad um die optische Achse LX herum. Das Spiegelstützteil 2 ist ein Strukturbauteil, das auf einer Rückseite des Reflexionsspiegels 1 vorgesehen ist. Der Reflexionsspiegel 1 und das Spiegelstützteil 2 sind auch auf ein optisches Instrument anwendbar, das nicht zur Beobachtung verwendet wird.
Das Spiegelstützteil 2 beinhaltet einen Stützplatte 6, Lagerteile 7 und einen Stützöffnungsbereich 8. Das Spiegelstützteil 2 beinhaltet einen Stützträger 9 und einen Trägerfixierbereich 10. Die Stützplatte 6 ist ein Hauptkörper des Spiegelstützteils 2. Die Stützplatte 6 ist ein paneelförmiges Bauteil, das auf einer Rückseite des Reflexionsspiegels 1 vorgesehen ist. Wie in Richtung der optischen Achse LX gesehen, weist die Stützplatte 6 eine Form auf, die mit einem Kreis gebildet ist, welcher größer als der Reflexionsspiegel 1 ist, und linear an linken und rechten Seiten und oberen und unteren Seiten geschnitten ist. Die Form der Stützplatte 6 kann auch als ein Quadrat ausgedrückt werden, wobei ihre vier Ecken durch Bögen ersetzt sind. Das Verhältnis jedes Bogens beträgt ungefähr 35% der Länge einer Seite des Quadrats. Die Stützplatte 6 weist eine Oberfläche auf, die auf einer Seite existiert, wo der Reflexionsspiegel 1 existiert, was hier als Hauptoberfläche bezeichnet wird, und weist eine Oberfläche auf, die auf der entgegengesetzten Seite zur Hauptoberfläche existiert, die hier als Rückoberfläche bezeichnet wird. Jedes der Lagerteile 7 ist an einem Mittelbereich jeder der zwei entgegengesetzten Seiten der Hauptoberfläche der Stützplatte 6 vorgesehen. Das Lagerteil 7 ist ausgeformt, von der Hauptoberfläche vorzuragen. Das Lagerteil 7 weist ein zylindrisches Wellenhalteloch 11 auf. Wellenhaltelöcher 11 der zwei Lagerteile 7 sind jeweils so vorgesehen, dass sie eine gemeinsame Zentralachse aufweisen, die angeordnet ist, die optische Achse LX des Reflexionsspiegels 1 zu queren. Die Zentralachse der Wellenhaltelöcher 11 ist parallel zur Hauptoberfläche der Stützplatte 6. Jedes der zwei säulenförmigen Y-Achsen-Wellenbauteile 12 (nicht gezeigt) wird in jedes der zwei Wellenhaltelöcher 11 eingeführt. Die Wellenhaltelöcher 11 und Y-Achsen-Wellenbauteile 12 weisen eine gemeinsame Zentralachse auf. Die Zentralachse der Y-Achsen-Wellenbauteile 12 wird hierin als Y-Achse bezeichnet. Die Reflexionsspiegelstruktur 50 ist um die Y-Achsen-Wellenbauteile 12, das heißt die Y-Achse, rotierbar.
Der Stützöffnungsbereich 8, der Stützträger 9 und der Trägerfixierbereich 10 sind Bauteile zum Tragen des unterstützten Bereichs 4 des Reflexionsspiegels 1. Der Stützöffnungsbereich 8 ist ein zylindrischer Öffnungsbereich, der im Zentrum der Hauptoberfläche der Stützplatte 6 vorgesehen ist. Das Spiegelstützteil 2 weist den Stützöffnungsbereich 8 auf, der mit einem Loch versehen ist, in welchem der unterstützte Bereich 4 enthalten ist. Das in dem Stützöffnungsbereich 8 vorgesehene Loch erstreckt sich durch die Stützplatte 6. Die den in dem Stützöffnungsbereich 8 gebildeten zylindrischen Öffnungsraum umgebende Innenoberfläche wird hier als zylindrische Oberfläche 13 bezeichnet. Die zylindrische Oberfläche 13 ist an einem Bereich, der der scheibenförmigen Stützplatte 6 entspricht und einem Bereich, der sich rückwärts erstreckt, vorgesehen. Der Stützöffnungsbereich 8 ist ein Vorsprung, der eine ringförmige Form aufweist, die von der Rückoberfläche der Stützplatte 6 vorragt. Der ringförmige Bereich des Stützöffnungsbereichs 8, der von der Rückoberfläche der Stützplatte 6 vorragt, weist acht Verstärkungsrippen auf, die sich in der Richtung von der Zentralachse der zylindrischen Oberfläche 13 nach außen erstrecken und in Intervallen angeordnet sind, die einen gleichen Winkel aufweisen.
Der unterstützte Bereich 4 des Reflexionsspiegels 1 wird in einen Raum gelegt, der von der zylindrischen Oberfläche 13 umgeben ist. In dem durch die zylindrische Oberfläche 13 umgebenen Raum wird der unterstützte Bereich 4 durch drei Stützträger 9 getragen. Sechs Trägerfixierbereiche 10 sind auf der zylindrischen Oberfläche 13 vorgesehen. Wie in der Richtung der optischen Achse LX gesehen, weist der Trägerfixierbereich 10 eine im Wesentlichen rechtwinkelige Dreiecksform mit einem Eckenwinkel von 60 Grad und einem Bogen anstelle seiner Basis auf. Der Trägerfixierbereich 10 weist eine trägerverbundene Oberfläche auf, die eine flache Oberfläche parallel zur optischen Achse LX ist, eine Bogenoberfläche, die mit der zylindrischen Oberfläche 13 in Kontakt ist und eine flache Oberfläche, welche parallel zur optischen Achse LX ist und in Kontakt mit dem angrenzenden Trägerfixierbereich 10 steht. Die in Kontakt mit dem angrenzenden Trägerfixierbereich 10 stehende Oberfläche und die trägerverbundene Oberfläche bilden zwischen sich einen Winkel von 60 Grad. Ein Ende des Stützträgers 9 ist mit der trägerverbundene Oberfläche verbunden.
Zwei Trägerfixierbereiche 10 sind so vorgesehen, dass sie aneinander angrenzen. Zwei Trägerfixierbereiche 10 sind so miteinander verbunden, dass ihre Bogenoberflächen eine kontinuierliche Bogenoberfläche bilden und zwei Trägerfixierbereiche 10 sind aneinander an jeder von drei Positionen der zylindrischen Oberfläche 13 fixiert. Jeweilige Enden von zwei Stützträgern 9 sind mit zwei entsprechenden Trägerfixierbereichen 10 an jeder Position verbunden. Entsprechende trägerverbundene Oberflächen von zwei Trägerfixierbereichen 10 bilden einen Winkel von 120 Grad. Die Trägerfixierbereiche 10 sind vorgesehen, eine Rotationssymmetrie von 120 Grad um die optische Achse LX aufzuweisen. Zwei Trägerfixierbereiche 10 von sechs trägerfixierenden Bereichen 10 sind auf der zylindrischen Oberfläche 13 an einer die Y-Achse querenden Position vorgesehen. Die Trägerfixierbereiche 10 sind auf Rückseite in Bezug auf die unterstützte Oberfläche 5 in der Richtung der optischen Achse LX vorgesehen. Eines der zwei Enden des Stützträgers 9 ist mit der trägerverbundenen Oberfläche eines der zwei Trägerfixierbereiche 10 verbunden, die auf der zylindrischen Oberfläche 13 in einem Intervall von 120 Grad angeordnet sind, und das andere Ende des Stützträgers 9 ist mit der trägerverbundenen Oberfläche des anderen der zwei Trägerfixierbereiche 10 verbunden.
In dem durch die zylindrische Oberfläche 13 umgebenen Raum ist der unterstützte Bereich 4 durch die Stützträger 9 getragen und daher kann das Spiegelstützteil 2 den Reflexionsspiegel 1 mit einer verkürzten Länge der Reflexionsspiegelstruktur 50 in der Richtung der optischen Achse LX tragen. Alternativ wird an der Hauptoberflächenseite der Stützplatte 6 kein Stützöffnungsbereich 8 bereitgestellt und der unterstützte Bereich 4 kann durch Stützträger 9 gestützt sein.
Eine Struktur des Stützträgers 9 ist unter Bezugnahme auf 7 bis 11 beschrieben. 7 ist eine Perspektivansicht des Stützträgers 9. 8 bis 11 sind eine Frontsicht, eine Aufsicht, eine Rechtsseitenansicht, bzw. eine Rückansicht des Stützträgers 9. Der Stützträger 9 weist zwei mit entsprechenden Trägerfixierbereichen 10 verbundene Enden und einen mit der unterstützten Oberfläche 5 verbundenen Zentralbereich auf. Der Stützträger 9 ist so geformt, dass sein Hauptbereich im Wesentlichen auf einer Ebene existiert. Der Stützträger 9 weist einen Bereich auf, der mit der unterstützten Oberfläche 5 bondiert ist, um die unterstützte Oberfläche 5 zu tragen und dieser Bereich wird hier als Spiegel-Unterstützungsbereich 9A bezeichnet. Der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A weist eine rechteckige Plattenform auf. Der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A ist an der unterstützten Oberfläche 5 mit Adhäsiv fixiert. Ein Trägerbereich 9B ist schräg mit jeder von beiden Seiten des Spiegel-Unterstützungsbereichs 9A verbunden. Der Trägerbereich 9B weist eine rechteckige Plattenform auf, die eine kleinere Breite als der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A aufweist. Der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A ist dicker als der Trägerbereich 9B. Der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A und der Trägerbereich 9B sind miteinander so verbunden, dass ihre Oberflächen, die relativ weiter weg von der unterstützten Oberfläche 5 existieren, eine flache Oberfläche bilden. Daher ragt der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A vom Trägerbereich 9B zur unterstützten Oberfläche 5 vorwärts vor. Zwei Trägerbereiche 9B sind mit dem Spiegel-Unterstützungsbereich 9A unter einem Winkel verbunden, bei welchem die Trägerbereich 9B, der weiter vom Reflexionsspiegel 1 entfernt existiert, als der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A lokalisiert ist. Der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A, der relativ enger an der Rückoberfläche des Reflexionsspiegels 1 existiert, wird durch den Trägerbereich 9B getragen, der relativ weiter von der Rückoberfläche existiert. Der Stützträger 9 ist ein Trägerbauteil, das den Spiegel-Unterstützungsbereich 9A beinhaltet und seine beiden Enden mit dem Spiegelstützteil 2 über Trägerfixierbereiche 10 verbunden aufweist.
Der Trägerbereich 9B weist ein Ende auf, mit welchem der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A nicht verbunden ist. Ein Flanschbereich 9C in einer rechteckigen Plattenform ist orthogonal mit diesem Ende des Trägerbereichs 9B verbunden. Der Flanschbereich 9C ist rechtwinklig mit dem Trägerbereich 9B verbunden. Der Flanschbereich 9C ist an der trägerverbundenen Oberfläche des Trägerfixierbereichs 10 fixiert. Da zwei Trägerfixierbereiche 10 angrenzend aneinander angeordnet sind, sind auch die jeweiligen Flanschbereiche 9C von zwei Stützträgern 9 aneinander angrenzend. Der Flanschbereich 9C mit einer im Wesentlichen rechteckigen Quaderform weist eine Oberfläche auf, die in Kontakt mit dem angrenzenden Flanschbereich 9C steht. Die Oberfläche, die in Kontakt mit dem angrenzenden Flanschbereich 9C ist, wird durch Ausschneiden eines Bereichs, der einen Grat enthält, des rechteckigen Quaders geformt. Die Oberfläche, die in Kontakt mit dem angrenzenden Flanschbereich 9C steht, bildet einen Winkel von 120 Grad zur an der trägerverbundenen Oberfläche fixierten Oberfläche. Somit sind die Flanschbereiche 9C so ausgebildet, dass sie nicht miteinander an jeweiligen Enden interferieren, wo angrenzende Flanschbereiche 9C miteinander in Kontakt stehen.
In der Umgebung der Verbindungen von zwei Trägerbereichen 9B und Flanschbereichen 9C ist ein Verbindungsbereich 9D mit einer im Wesentlichen rechteckigen Plattenform mit zwei Trägerbereichen 9B verbunden. Der Verbindungsbereich 9D, der weiter von der Rückoberfläche des Reflexionsspiegels 1 lokalisiert ist als der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A lokalisiert ist, koppelt einen Flanschbereich 9C mit dem anderen Flanschbereich 9C. Bei Sicht von der Front erscheinen zwei Trägerbereiche 9B und der Verbindungsbereich 9D so, dass sie eine Kontur bilden, die im Wesentlichen in Form eines gleichseitigen Dreiecks ist. Der plattenförmige Stützträger 9 weist eine angemessene Elastizität auf. Der Stützträger 9 kann einen Radialversatz des Bereichs absorbieren, indem der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A die unterstützte Oberfläche 5 dadurch trägt, dass er gebogen ist. Der radiale Versatz wird durch eine Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Reflexionsspiegel 1 und dem Spiegelstützteil 2 verursacht. Spezifisch, wenn der unterstützte Bereich 4 radial expandiert oder kontrahiert wird, kann der Stützträger 9 den unterstützten Bereich 4 tragen, ohne übermäßige Beanspruchung an den unterstützten Bereich 4 anzulegen. Die Radialrichtung des Reflexionsspiegels 1 ist die Richtung aus der optischen Achse LX zum äußeren Umfang in einer Ebene rechtwinklig zur optischen Achse LX. Solange wie der Bereich, wo der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A die unterstützte Oberfläche 5 trägt, radial bewegt werden kann, wenn der unterstützte Bereich 4 in die Radialrichtung des Reflexionsspiegels 1 expandiert oder kontrahiert wird, kann es sein, dass der Trägerbereich 9B keine Plattenform aufweist. Beispielsweise kann der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A radial beweglich gemacht sein, indem beispielsweise drehbar die beiden Enden eines stabförmigen Trägerbereichs 9B gehalten werden. Der Stützträger 9 kann eine Struktur aufweisen, die dem Spiegel-Unterstützungsbereich 9A gestattet, sich in der Radialrichtung des Reflexionsspiegels 1 zu bewegen. Selbst wenn der Spiegel-Unterstützungsbereich 9A radial bewegt wird, ist die Zentralposition der unterstützten Bereiche 4 in Bezug auf das Spiegelstützteil 2 fixiert.
Der Stützträger 9 weist eine Ebenensymmetrie in Bezug auf eine zentrale Ebene CS, welche den Spiegel-Unterstützungsbereich 9A quert, auf. Die zentrale Ebene CS quert das Zentrum des rechteckigen Spiegel-Unterstützungsbereichs 9A, lotrecht zum Spiegel-Unterstützungsbereich 9A. Auf der unteren Seite des Spiegel-Unterstützungsbereichs 9A, wie in der Zeichnung gesehen, quert die zentrale Ebene CS den Verbindungsbereich 9D, so als wenn sie den Verbindungsbereich 9D in zwei Teile dividiert. Zwei Trägerbereiche 9B weisen dieselbe Form auf und sind ähnlich mit entsprechenden Positionen, die symmetrisch lokalisiert sind, des Spiegel-Unterstützungsbereichs 9A verbunden. Zwei Flanschbereiche 9C weisen dieselbe Form auf und sind mit denselben Positionen entsprechender Trägerbereiche 9B unter demselben Winkel verbunden.
In dem Zustand, bei dem drei Stützträger 9 den unterstützten Bereich 4 stützen, existiert die optische Achse LX des Reflexionsspiegels 1 auf entsprechenden Zentralebenen CS dieser Stützträgern 9. In Bezug auf die zentrale Ebene CS jedes von Stützträgern 9 weist der Stützträger 9 eine Ebenensymmetrie auf und weisen der Stützträger 9, der unterstützte Bereich 4 und die Trägerfixierbereiche 10 auch Ebenensymmetrie auf.
Der durch drei Stützträger 9 gestützte Reflexionsspiegel 1 ist in 12 bis 16 gezeigt. Die 12 bis 16 sind eine Perspektivansicht, eine Frontansicht, eine Rechtsseitenansicht, ein Rückansicht bzw. eine Bodensicht des durch drei Stützträger 9 gestützten Reflexionsspiegel 1. Wie in den 12 bis 16 gezeigt, wird der Reflexionsspiegel 1 durch eine einfache Struktur von drei Trägern 9 gestützt. Unterstützte Oberflächen 5 und Stützträger 9 haben eine Rotationssymmetrie von 120 Grad um die optische Achse LX und weisen Ebenensymmetrie in Bezug auf Zentralebenen CS der Stützträger 9 auf. Daher können drei Stützträger 9 den unterstützten Bereich 4 auf solche Weise stützen, dass die optische Achse LX im Zentrum des gleichmäßigen Dreiecks, das durch drei Stützträger 9 gebildet ist, existiert. Der Stützträger 9 mag keine Ebenensymmetrie aufweisen. Selbst wenn der Stützträger 9 keine Ebenensymmetrie aufweist, sind unterstützter Bereich 4 und die optische Achse LX an jeweils vorbestimmten Positionen durch drei Stützträger 9 angeordnet. Der Stützträger 9, der Ebenensymmetrie aufweist, macht es einfacher, den unterstützten Bereich 4 und die optische Achse LX an entsprechenden vorbestimmten Positionen anzuordnen.
Der Stützöffnungsbereich 8, die Stützträger 9 und die Trägerfixierbereiche 10 bilden einen Spiegelverbindungsbereich, der den unterstützten Bereich 4 mit der Stützplatte 6 verbindet, wobei die Position des unterstützten Bereichs 4 in Bezug auf die Stützplatte 6 fixiert ist.
Y-Achsen-Wellenbauteil 12 ist mit einem X-Achsen-Rotationsbauteil 14 (nicht gezeigt) verbunden. Die X-Achse ist orthogonal zur Y-Achse in einer Ebene rechtwinklig zur optischen Achse LX. Das X-Achsen-Rotationsbauteil 14 ist um die X-Achse rotierbar. Das X-Achsen-Rotationsbauteil 14 weist eine Form ähnlich zur Form der Stützplatte 6 auf. Wie in der Richtung der optischen Achse LX gesehen, weist das X-Achsen-Rotationsbauteil 14 eine Form im Wesentlichen ähnlich zu und etwas größer als die Stützplatte 6 auf. Das X-Achsen-Rotationsbauteil 14 stützt das Y-Achsen-Wellenbauteil 12 durch zwei Vorsprünge, welche auf der Hauptoberflächenseite des X-Achsen-Rotationsbauteils 14 vorgesehen sind. Auf der Rückseite des Bereichs, wo Lagerteile 7 auf der Seite der Hauptoberfläche vorgesehen sind, sind die Vorsprünge mit entsprechenden Y-Achsen-Wellenbauteilen 12 verbunden, um die Y-Achsen-Wellenbauteile 12 zu stützen. Die Distanz zwischen der Y-Achse und dem X-Achsen-Rotationsbauteil 14 wird angemessen bestimmt, so dass die Reflexionsspiegelstruktur 50 um die Y-Achse innerhalb eines vorbestimmten Winkels rotierbar ist.
Das X-Achsen-Rotationsbauteil 14 ist um die X-Achse durch zwei (nicht gezeigte) X-Achsen-Wellenbauteile 15 parallel zur X-Achse drehbar. Auf der Rückoberflächenseite des X-Achsen-Rotationsbauteils 14 ist ein plattenförmiges Spiegelbasisbauteil 16 (nicht gezeigt) mit einem Vorsprung, welcher das X-Achsen-Wellenbauteil 15 stützt, vorgesehen. Die Distanz zwischen dem Spiegelbasisbauteil 16 und der X-Achse wird angemessen so bestimmt, dass das X-Achsen-Rotationsbauteil 14 um die X-Achse innerhalb eines vorbestimmten Winkels rotierbar ist. Das Spiegelbasisbauteil 16 ist an einem strukturellen Bauteil eines optischen Teleskops fixiert.
Die Stützplatte 6 und die Lagerteile 7 sind aus einem Honigwaben-Sandwichpaneel 20 gebildet, das aus einem Metall gemacht ist, welches einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, so dass es leichtgewichtig ist und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist. Als ein Metall mit einem niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten wird Invar-Legierung verwendet. Beispielsweise weist „Zero Thermal Expansion Invar“, hergestellt durch die Shinhokoku Steel Corporation, einen extrem niedrigen Expansionskoeffizienten von 0,006 ppm [1/K] (gemäß einem Artikel des Japanischen „Metal Daily“, datiert vom 22. November 2018). Ein Metall mit einem Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten kleiner als ein Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten von Kohlefaser-verstärktem Plastik (abgekürzt als CFRP), selbst wenn der Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten höher als der Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten von „Zero Thermal Expansion Invar“ ist, ermöglicht es, eine optische Vorrichtung mit reduziertem Einfluss thermischer Expansion im Vergleich zur Verwendung von CFRP bereitzustellen. Ein Metall, das zur Herstellung einer optischen Vorrichtung zu verwenden ist und einen niedrigeren thermischen Expansionskoeffizienten als CFRP aufweist, wird hier als Niedrig-Expansionsmetall bezeichnet. Der Stützöffnungsbereich 8, der Stützträger 9 und der Trägerfixierbereich 10 sind aus Niedrig-Expansionsmetall hergestellt. Zumindest eines von dem Stützöffnungsbereich 8, dem Stützträger 9 und dem Trägerfixierbereich 10 können aus einem anderen Material als dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt werden.
Bezug nehmend auf 17 wird eine Struktur des Honigwaben-Sandwichpaneels 20 beschrieben. 17 ist eine Perspektivansicht des Honigwaben-Sandwichpaneels in einem Zustand, in welchem ein Teil einer Haut entfernt ist. Das Honigwaben-Sandwichpaneel 20 beinhaltet eine erste Haut 21, einen Kern 22 und eine zweite Haut 23. Die erste Haut 21 ist ein Plattenmaterial, welches eine Oberfläche des Honigwaben-Sandwichpaneels 20 bildet. Die zweite Haut 23 ist ein Plattenmaterial, das die andere Oberfläche bildet, die angeordnet ist, zur einen Oberfläche zu weisen. In dem in 17 gezeigten Honigwaben-Sandwichpaneel 20 sind die erste Haut 21 und die zweite Haut 23 parallel zueinander angeordnet. Der Kern 22 ist ein Bauteil, das eine Honigwaben-Struktur aufweist. Die Honigwaben-Struktur ist eine Struktur, in welcher eine Vielzahl von röhrenförmigen Zellen alle mit einem hexagonalen (wünschenswerter Weise regulär hexagonalen) Querschnitt angrenzend aneinander gebildet sind. Der Kern 22 wird rechtwinklig zur ersten Haut 21 und der zweiten Haut 23 mit Adhäsiv bondiert. Die röhrenförmigen Zellen, die alle einen hexagonalen Querschnitt aufweisen, von denen zwei entgegengesetzte Seiten der sechs Seiten eine andere Länge als eine Länge der anderen vier Seiten aufweisen, sind in einer Ebene angeordnet, ohne eine unbedeckte Fläche zurückzulassen. Der Kern kann daher eine Form aufweisen, in der röhrenförmige Zellen, die alle einen hexagonalen Querschnitt aufweisen, angrenzend aneinander angeordnet sind.
Das Spiegelstützteil 2 wird unter Verwendung eines niedrig-Expansionsmetalls hergestelltem Honigwaben-Sandwich-Paneel produziert. Entsprechend kann der Einflussgrad der Position des Reflexionsspiegels 1 einer Ausdehnung oder Kontraktion, welche durch eine Temperaturänderung verursacht wird, reduziert werden, im Vergleich zu dem Spiegelhaltebauteil, das aus CFRP hergestellt ist. Das Y-Achsen-Wellenbauteil 12, das X-Achsen-Rotationsbauteil 14, das X-Achsen-Wellenbauteil 15 und das Spiegelbasisbauteil 16 werden auch erzeugt, so dass sie das aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellte Honigwaben-Sandwich-Paneel enthalten, oder werden aus Niedrig-Expansionsmetall hergestellt.
Das Spiegelstützteil 2 kann produziert werden unter Verwendung eines Honigwaben-Sandwich-Paneel, das aus einem Material hergestellt ist, das nicht das Niedrig-Expansionsmetall ist, oder kann produziert werden, ohne ein Honigwaben-Sandwich-Paneel zu verwenden. Dasselbe gilt auch für jedes des Y-Achsen-Wellenbauteils 12, des X-Achsen-Rotationsbauteils 14, des X-Achsen-Wellenbauteils 15 und des Spiegelbasisbauteils 16.
Die nachfolgenden Probleme, die auftreten, wenn CFRP verwendet wird, können unter Verwendung des Niedrig-Expansionsmetalls statt des CFRPs gelöst werden.
Ein Honigwaben-Sandwich-Paneel, für das CFRP verwendet wird, variiert in der Natur seiner Steifheit und/oder den thermischen Expansionskoeffizienten abhängig von der Richtung von Fasern und/oder der Schichtstruktur. Es ist daher notwendig, die Faserrichtung und/oder die Schichtstruktur zu berücksichtigen und zu justieren, bevor die Haut und der Kern produziert werden. Als Ergebnis erfordert ein aus CFRP hergestelltes Honigwaben-Sandwich-Paneel mehr als ein aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestelltes Honigwaben-Sandwich-Paneel, im Hinblick auf zumindest auf Aufwand, Zeit und Kosten.
Um Honigwaben-Sandwich-Paneels, die beide aus CFRP gemacht sind, zu bondieren oder ein Honigwaben-Sandwich-Paneel und ein andere Bauteil zu bondieren, ist es notwendig, Adhäsiv oder einen Einsatz zu verwenden. Es ist daher für ein aus CFRP hergestelltes Honigwaben-Sandwich-Paneel schwierig, die Bondierstärke ausreichend zu erhöhen.
Der Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten, der durch CFRP erzielt werden kann, ist weniger als 10^-6 und ungefähr 3×10^-7 [1/K] oder größer. Ein Niedrig-Expansionsglasmaterial, beispielsweise ZERODUR^® Klasse 1 der Schott AG, weist einen thermischen Expansionskoeffizienten von 0 bis ± 0,05 × 10^-6 [K/1] auf. Im Vergleich zu einem aus einem Niedrig-Expansions-Glasmaterial mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von weniger als [1/K] hergestelltem Reflexionsspiegel ist der thermische Ausdehnungskoeffizient von CFRP, was ein Material ist, welches für das Spiegelträgerbauteil zu machen ist, zumindest fünf Mal so hoch wie der thermische Expansionskoeffizient des Niedrig-Expansionsglasmaterials des Reflexionsspiegels. Wenn das aus CFRP hergestellte SpiegelStützbauteil verwendet wird, ist eine komplizierte Struktur notwendig, um eine Deformation des aus CFRP hergestellten SpiegelStützbauteils daran zu hindern, auf optische Elemente übertragen zu werden.
Um CFRP zum Herstellen einer im Raum zu verwendenden optischen Vorrichtung zu verwenden, gibt es einige zu berücksichtigende Punkte. CFRP ist ein polymerisches organisches Material und ist daher hygroskopisch. Falls die optische Vorrichtung in einen Orbit gestartet wird, wobei CFRP Feuchtigkeit enthält, kann die Feuchtigkeit im Weltraum verdampft werden, so dass eine Kontraktionsdeformation des CFRP verursacht wird. Die im CFRP enthaltene organische Komponente kann auch im Weltraum verdampfen, so dass eine Kontraktionsdeformation verursacht wird. Die Kontraktionsdeformation von CFRP kann verursachen, dass die Abmessungen des strukturellen Bauteils variieren und die Relativposition des optischen Elements veranlassen, sich zu ändern, was zu einer Beendigung der Beobachtungsgenauigkeit führt. Gas, welches die aus CFRP erzeugte organische Komponente enthält (Ausgasung) kann in Kontakt mit dem optischen Instrument gebracht werden und die aus CFRP erzeugte organische Komponente kann an dem optischen Instrument anhaften. Die Anhaftung der organischen Komponente kann die Beobachtungsgenauigkeit verschlechtern.
Das Niedrig-Expansionsmetall weist eine hohe Steifheit und hohe Festigkeit auf und hat Isotropie in Bezug auf Steifheit und thermische Expansion. Das Niedrig-Expansionsmetall weist eine höhere thermische Leitfähigkeit als CFRP auf.
Das Spiegelstützteil 2 kann aus Niedrig-Expansionsmetall wie etwa „Zero Thermal Expansion Invar“ hergestellt werden, um einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten von weniger als 10^-7 zu erzielen. Daher kann die Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Trägerstruktur und dem Reflexionsspiegel klein und kann der Reflexionsspiegel 1 am Spiegelstützteil 2 mit drei Stützträgern 9 fixiert sein. Mit der einfachen Struktur der Stützträger 9 können optische Instrumente, wie etwa ein Reflexionsspiegel 1, gestützt werden. Die, die optischen Instrumente stützende Struktur kann aus Niedrig-Expansionsmetall hergestellt werden, um den Deformationsbetrag und das Gewicht im Vergleich zur Verwendung von CFRP zu reduzieren.
Das Niedrig-Expansionsmetall kann durch Schneiden, Schweißen oder dergleichen verarbeitet werden. Weil das Niedrig-Expansionsmetall ein Material ist, das verarbeitet werden kann, ist es unnötig, die Faserrichtung und/oder die Schichtstruktur, die für CFRP berücksichtigt werden muss, zu berücksichtigen. Im Vergleich zur Produktion einer optischen Vorrichtung unter Verwendung von CFRP kann die Produktion einer optischen Vorrichtung mit dem Niedrig-Expansionsmetall zumindest von eins von Aufwand, Zeit und Kosten verbessern. Als ein Verbindungsverfahren kann Schweißen, das eine höhere Festigkeit als ein Adhäsiv bereitstellt, für das Niedrig-Expansionsmetall verwendet werden. Das Niedrig-Expansionsmetall wird durch ein Verfahren verschweißt, das keine Deformation des Honigwaben-Sandwich-Paneels verursacht.
Im Honigwaben-Sandwich-Paneel können die erste Haut und die zweite Haut aus Niedrig-Expansionsmetall gemacht werden und kann der Kern aus CFRP hergestellt werden. Für ein Honigwaben-Sandwich-Paneel, in welchem die erste Haut und die zweite Haut aus „Zero Thermal Expansion Invar“ hergestellt sind und der Kern aus CFRP hergestellt ist, wird die Deformation des Honigwaben-Sandwich-Paneels in Bezug auf eine Temperaturänderung durch Finite Elemente-Analyse simuliert. Hinsichtlich der Form des Honigwaben-Sandwich-Paneels ist sowohl die erste Haut als auch die zweite Haut ein Platzmaterial mit einer Länge (Y-Richtung) und einer Breite (X-Richtung) von 100 mm × 100 mm und eine Dicke von 1 mm. Der Kern hatte eine Zellgröße von etwa 6 mm, eine Dicke der Kernzellwand von etwa 0,03 mm und eine Höhe (Z-Richtung) von 20 mm. Der thermische Expansionskoeffizient von „Zero Thermal Expansion Invar“ ist 5,0 × 10^-8 [1/K] und der thermische Expansionskoeffizient von CFRP ist -3,0 × 10^-7 [1/K]. Die Temperaturänderung wird eingestellt auf einen Anstieg von 10 [K] .
Als Ergebnis der Simulation werden ein X-Richtungsversatz und ein Y-Richtungsversatz von 5,0 × 10^-5 [mm] und ein Z-Richtungsversatz von 1,0 × 10^-5 [mm] am Honigwaben-Sandwich-Paneel erhalten, in welchem die erste Haut, die zweite Haut und der Kern aus „Zero Thermal Expansion Invar“ hergestellt sind. Ein x-Richtungsversatz von 4,92 × 10^-5 [mm], ein Y-Richtungsversatz von 5,16 × 10^-5 [mm] und ein Z-Richtungsversatz von -8,28 × 10^-5 [mm] werden am Honigwaben-Sandwich-Paneel erhalten, in welchem der Kern aus CFRP hergestellt ist. Das Honigwaben-Sandwich-Paneel, in welchem der Kern aus CFRP hergestellt ist, wird in einer welligen Form deformiert und daher wird der Versatzbetrag an einem Bereich mit dem größten Versatz gemessen. Dieses Simultanergebnis gibt an, dass das Honigwaben-Sandwich-Paneel, in welchem die erste Haut und die zweite Haut aus „Zero Thermal Expansion Invar“ hergestellt sind, selbst wenn der Kern aus CFRP hergestellt ist, einen thermischen Expansionskoeffizienten in einer Ebene parallel zu den Häuten, die im Wesentlichen identisch zu der des Honigwaben-Sandwich-Paneels sind, in welchem die Häute und der Kern aus „Zero Thermal Expansion Invar“ hergestellt sind, aufweist.
Zum Stützen eines anderen optischen Instruments als dem optischen Instrument mit dem Reflexionsspiegel kann ein Honigwaben-Sandwich-Paneel, das aus Niedrig-Expansionsmetall hergestellt ist, verwendet werden.
In der Reflexionsspiegelstruktur 50 trägt das Spiegelstützteil 2 den unterstützten Bereich 4 des Reflexionsspiegels 1 durch drei Stützträger 9. Dies ist eine 3-Punkt-Stützung durch drei Stützträger 9 und entsprechend kann das Spiegelstützteil 2 den Reflexionsspiegel 1 ohne Überbeschränkung tragen. Der unterstützte Bereich 4 wird an drei unterstützten Oberflächen 5 in einer punktsymmetrischen Manier in Bezug auf die optische Achse LX gestützt. Der unterstützte Bereich 4 wird durch Stützträger 9 in einer ebenen symmetrischen Weise in Bezug auf die Zentralebenen CS gestützt. Daher behindern die Stützträger 9 oder das Spiegelstützteil 2 nicht den Reflexionsspiegel 1 daran, sich zu expandieren oder kontrahieren, was durch Temperaturänderung verursacht wird, in einer punktsymmetrischen Weise in Bezug auf die optische Achse LX. Darüber hinaus, aufgrund der Differenz beim thermischen Expansionskoeffizienten, selbst wenn die Stützträger 9 und das Spiegelstützteil 2 in Bezug auf den Reflexionsspiegel 1 expandiert oder kontrahiert werden, werden drei Stützträger 9 expandiert oder kontrahiert, ähnlich zu dem, dass die Züge, die auf den Reflexionsspiegel 1 an den drei Punkten einwirken, punktsymmetrisch auf die optische Achse LX sind. Weiter, weil die Stützträger 9 Ebenen-symmetrisch in Bezug auf entsprechende zentrale Ebenen CS, welche die drei Punkte queren, sind, wirken die Beanspruchungen, die auf den Reflexionsspiegel 1 wirken, auf entsprechende Zentralebenen CS ein. Entsprechende Züge, die auf den Reflexionsspiegel 1 durch drei Stützträger 9 angelegt werden, haben dieselbe Größe. Als Ergebnis verursacht Expansion oder Kontraktion des Spiegelstützteils 2 nicht, dass die Positionen, wo der Reflexionsspiegel 1 durch die drei Stützträger 9 gestützt wird, sich ändern. Wenn der Reflexionsspiegel 1 aufgrund von Expansion oder Kontraktion des Spiegelstützteils 2 expandiert oder kontrahiert, wird der Reflexionsspiegel 1 in einer punktsymmetrischen Weise in Bezug auf die optische Achse LX expandiert oder kontrahiert.
Der unterstützte Bereich 4 ist nahe der optischen Achse LX des Reflexionsspiegels 1 vorgesehen. Daher, selbst wenn die Expansion oder Kontraktion aufgrund einer Temperaturänderung auftritt, kann der Betrag an Expansion oder Kontraktion der Stützträger 9, welche den unterstützten Bereich 4 stützen, kleiner gemacht werden als dann, wenn der unterstützte Bereich 4 nahe der Außenkante des Reflexionsspiegels 1 gestützt wird. Entsprechend kann auch die auf den Reflexionsspiegel 1 und die Stützträger 9 aufgrund von Expansion oder Kontraktion angelegte Beanspruchung kleiner gemacht werden. Die Stützträger 9 und das Spiegelstützteil 2, die aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt sind, ermöglichen weitere Reduktion des Betrags von Erweiterung oder Kontraktion, wie auch Reduktion der Beanspruchung. Selbst wenn die auf den unterstützten Bereich 4 wirkende Beanspruchung variiert, wirkt die Beanspruchung auf die drei Punkte ein, die nahe aneinander existieren und daher beeinflusst die Beanspruchung nicht die Spiegeloberflächen-Genauigkeit der Reflexionsoberfläche 3 des Reflexionsspiegels 1.
Somit kann die Reflexionsspiegelstruktur 50 mit der Relativdifferenz beim thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Reflexionsspiegel 1 und dem Spiegelstützteil 2 klar kommen und wird der Reflexionsspiegel 1 durch eine einfachere Struktur von drei Stützträgern 9 als der konventionellen Struktur gestützt.
Die unterstützten Oberflächen mögen nicht parallel zur optischen Achse LX des Reflexionsspiegels 1 sein. Die unterstützten Oberflächen mögen keine flachen Oberflächen sein. Jede der unterstützten Oberflächen kann einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweisen. Die unterstützten Oberflächen können zumindest vorgesehen sein, eine Rotations-symmetrische von 120 Grad um die optische Achse LX aufzuweisen.
Ein optisches Teleskop, welches die Reflexionsspiegelstruktur 50 beinhaltet, kann an einem künstlichen Satelliten montiert und verwendet werden. Wenn der künstliche Satellit, an welchem das optische Teleskop montiert ist, gestartet wird, werden das optische Teleskop und andere Teile einer Beschleunigung unterworfen. Der Stützträger 9 kann den Reflexionsspiegel selbst in einer Situation stützen, in welcher an ihn eine Beschleunigung angelegt wird. Wenn der künstliche Satellit gestartet wird, nimmt der Reflexionsspiegel 1 eine Stellung mit der optischen Achse LX parallel zur Richtung der Bewegung ein. Spezifisch wird die Beschleunigung, wenn der künstliche Satellit gestartet wird, in der Richtung parallel zur optischen Achse LX des Reflexionsspiegels 1 erzeugt. Der Trägerbereich 9B des Stützträgers 9 ist zu der Richtung geneigt, in welcher die Beschleunigung erzeugt wird, so dass Beanspruchung gegenüber der Beschleunigung durch den Trägerbereich 9B erzeugt werden kann.
Das Vorstehende gilt auch für andere Ausführungsformen.
Ausführungsform 2
Ein künstlicher Satellit, an welchem eine optische Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 montiert ist, wird unter Bezugnahme auf 18 bis 20 beschrieben. 18 ist eine Frontansicht des künstlichen Satelliten, an welchem die optische Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 montiert ist. 19 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils, wo die optische Vorrichtung und der künstliche Satellit miteinander verbunden sind. 20 ist eine Konzept-Querschnittsansicht, die eine interne Konfiguration der optischen Vorrichtung illustriert.
Der künstliche Satellit 30 beinhaltet einen Satellitenkörper 31 und ein optisches Teleskop 32. Das optische Teleskop 32 wird unter Berücksichtigung produziert, dass ein Teil/Teile des optischen Teleskops, welches die Beobachtungsgenauigkeit beeinflusst, einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist. Der Satellitenkörper 31 wird ohne spezielle Berücksichtigung der thermischen Expansion produziert. Der Satellitenkörper 31 beinhaltet ein Verbindungspaneel 33 zum Montieren des optischen Teleskops 32 darauf. Das Verbindungspaneel 33 ist ein flaches plattenförmiges Bauteil. Das Verbindungspaneel 33 wird unter Verwendung eines Honigwaben-Sandwich-Paneels produziert, das aus Metall wie etwa Aluminium hergestellt wird.
Das optische Teleskop 32 weist eine Struktur auf, in welcher ein kreisförmiger Eingang 34 (in 20 gezeigt) an der Seite relativ weiter weg vom Satellitenkörper 31 vorgesehen ist, und ein Reflexionsspiegel 1 an der Seite relativ näher zum Satellitenkörper 31 vorgesehen ist. Hinsichtlich des optischen Teleskops 32 wird die Seite, wo der Eingang 34 vorkommt, als Oberseite hier bezeichnet, und wird hier die mit dem Satellitenkörper 31 verbundene Seite als Unterseite bezeichnet. Das optische Teleskop 32 wird grob in eine Basis 35 und einen Linsentubus 36 unterteilt. Die Basis 35 ist an der Unterseite vorgesehen und mit dem Verbindungspaneel 33 verbunden. Der Reflexionsspiegel 1 ist an der Basis 35 montiert. Der Linsentubus 36 ist ein Bauteil, welches einen optischen Pfad 42 (gezeigt in 20) umgibt, in welchem sich Beobachtungslicht ausbreitet. Der Linsentubus 36 ist an der Bodenseite mit der Basis 35 verbunden.
Die Basis 35 ist in Form einer Scheibe mit einem Durchgangsloch im Zentrum. Im Durchgangsloch passieren eine Leitung zum Senden eines beobachteten Bilds an einen innerhalb des Satellitenkörpers 31 vorgesehenen Speicher, eine Signalleitung zum Senden eines Signals zum Steuern des optischen Teleskops 32 und dergleichen. Die Basis 35 wird unter Verwendung eines aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestelltem Honigwaben-Sandwich-Paneels produziert. Ein Stützbauteil des Reflexionsspiegels 1 wird an Basis 35 fixiert. Der Reflexionsspiegel 1 wird auf dem Stützbauteil unterstützt, so dass die Orientierung der optischen Achse verändert werden kann.
Der Linsentubus 36 ist rechtwinklig mit der Basis 35 verbunden. Der Linsentubus 36 beinhaltet einen Linsentubus-Bodenbereich 37, einen Linsentubus-Mittelbereich 38, einen Instrumenten-Haltebereich 39 und einen Optikpfad-Tubusbereich 40. Der Linsentubus-Bodenbereich 37 ist in Form eines polygonalen Tubus mit einer kleineren Höhe im Vergleich zur Breite. Die Querschnittsform des Linsentubus-Bodenbereichs 37 ist ein gleichmäßiges Oktagon. Der Linsentubus-Bodenbereich 37 ist an der Basis 35 fixiert. Der Linsentubus-Bodenbereich 37 weist einen darin enthaltenen Reflexionsspiegel 1 auf. Der Linsentubus-Bodenbereich 37 weist einen Flansch an seiner Oberseite auf. Der Linsentubus-Bodenbereich 37 wird unter Verwendung eines aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestelltem Honigwaben-Sandwich-Paneels produziert.
Die Bodenseite des Linsentubus-Mittelbereichs 38 ist ein polygonaler Tubus mit einem Flansch und einer Querschnittsform eines gleichmäßigen Oktagons. Die Oberseite des Linsentubus-Mittelbereichs 38 weist eine Form auf, welche nur die obere Hälfte des polygonalen Tubus ist. Wie in 18 gezeigt, ist der Optikpfad-Tubusbereich 40 mit der Unterseite und der Oberseite, wie in der Zeichnung zu sehen, des Linsentubus-Mittelbereichs 38 verbunden. Die Oberseite des Optikpfad-Tubusbereichs 40 ist ein Zylinder. Die Oberseitenöffnung des Zylinders ist der Eingang 34. Die Unterseite des Optikpfad-Tubusbereichs 40 ist nur die untere Hälfte des Zylinders, so dass der Linsentubus-Mittelbereich 38 mit der Oberseite verbunden werden kann. Der Linsentubus-Mittelbereich 38 und der Optikpfad-Tubusbereich 40 werden miteinander so bondiert, dass kein Spalt dazwischen übrig bleibt. Mit der Oberseite des oberen Bereichs des Linsentubus-Mittelbereichs 38 ist der Instrumenten-Haltebereich 39 verbunden. Der Instrumenten-Haltebereich 39 ist auf der Oberseite des Optikpfad-Tubusbereichs 40 und der Oberseite des Linsentubus-Mittelbereichs 38 vorgesehen. Der Instrumenten-Haltebereich 39 hält ein optisches Instrument. Der Linsentubus-Mittelbereich 38 und der Instrumenten-Haltebereich 39 werden unter Verwendung eines aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellten Honigwaben-Sandwich-Paneels produziert. Der Optikpfad-Tubusbereich 40 wird aus Aluminium hergestellt.
Der Linsentubus-Bodenbereich 37, der Linsentubus-Mittelbereich 38, der Instrumenten-Haltebereich 39 und der Optikpfad-Tubusbereich 40 sind mit der Basis 35 bondiert, um einen geschlossenen Raum zu bilden, der es Beobachtungslicht gestattet, nur durch den Eingang 34 einzudringen. Im geschlossenen Raum innerhalb des Linsenstubus wird ein optisches Instrument bereitgestellt. In 20 ist nur ein Spalt 41, der das Beobachtungslicht dispergiert, eingezeichnet. Ein optisches Instrument, wie etwa eine Kamera, ist auch innerhalb des Linsenstubus vorgesehen. Vom Eingang 34 in den Linsenstubus eindringendes Licht wird durch den Reflexionsspiegel 1 reflektiert. Das durch den Reflexionsspiegel 1 reflektierte Licht wird durch den Spalt 41 dispergiert. Dispergiertes Licht mit einer spezifischen Wellenlänge dringt in die (nicht gezeigte) Kamera ein und die Kamera nimmt ein Bild eines zu beobachtenden Objekts auf.
Der optische Pfad 42 ist ein Pfad, in welchem sich Licht vom Eingang 34 zum Spalt 41 bewegt. In 20 wird der optische Pfad 42 durch eine Strichpunktlinie angegeben. Es ist im optischen Teleskop wünschenswert, dass der optische Pfad 42 gleich gehalten wird, unabhängig von einer Temperatur. Im optischen Teleskop 32 werden die Basis 35, der Linsentubus-Bodenbereich 37, der Linsentubus-Mittelbereich 38 und der Instrumenten-Haltebereich 39 unter Verwendung eines aus einem Niedrig-Expansionsmetall mit einem Absolutwert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 1,0 × 10^-7 [1/K] hergestellten Honigwaben-Sandwich-Paneels, oder unter Verwendung eines Bauteils, das aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt ist, produziert. Es ist daher möglich, eine Änderung der Relativpositionsbeziehung zwischen dem Reflexionsspiegel 1 und dem Spalt 41 so zu ändern, dass er klein ist, selbst in einem Fall, bei dem eine Temperaturänderung auftritt. Als Ergebnis kann eine Änderung der Brennpunktposition des optischen Teleskops 32 innerhalb eines zusätzlichen Bereichs gehalten werden, selbst in dem Fall, bei dem die Temperaturänderung auftritt. Eine Änderung der Position jeglichen optischen Instruments außer dem Spalt 41 in Bezug auf den Reflexionsspiegel 1, kann auch innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten werden, selbst in dem Fall, bei dem eine Temperaturänderung auftritt. Als Ergebnis kann eine Änderung eines Bilds, das für die Beobachtung erhalten wird, klein gehalten werden, selbst in dem Fall, bei dem die Temperaturänderung auftritt. Wenn ein strukturelles Bauteil, das optische Instrumente stützt, wie etwa den Reflexionsspiegel 1 und den Spalt 41, aus einem Material mit einem hohen thermischen Expansionskoeffizienten gemacht wird, kann sich die Distanz zwischen den optischen Instrumenten aufgrund einer Temperaturänderung ändern, was zu einem Versatz der Brennpunktposition führen mag. Der Versatz der Brennpunktposition verursacht, dass beispielsweise ein durch eine Kamera aufgenommenes Bild unscharf ist. Wenn ein Material mit einem hohen thermischen Expansionskoeffizienten verwendet wird, und ein Justiermechanismus mit einem großen Hub oder dergleichen zusätzlich nötig sein, um die Brennposition unverändert zu lassen. Das Honigwaben-Sandwich-Paneel kann das Gewicht reduzieren und kann die Energiemenge reduzieren, die zum Starten des künstlichen Satelliten 30 in den Weltraum erforderlich ist.
Das optische Teleskop 32, das eine optische Vorrichtung ist, beinhaltet eine Vielzahl von optischen Instrumenten und Strukturbauteilen, welche die optischen Instrumente stützen. Ein Beispiel der optischen Instrumente beinhaltet den Reflexionsspiegel 1 und den Spalt 41. Die Basis 35 ist ein Strukturbauteil, welches das Spiegelstützteil 2 stützt. Das Spiegelstützteil 2 ist ein Strukturbauteil, das den Reflexionsspiegel 1 unterstützt. Der Linsentubus 36 ist ein Strukturbauteil, welches den optischen Pfad, in welchem sich das Beobachtungslicht bewegt, umgibt, ist mit der Basis 35 verbunden und stützt den Spalt 41. Der Linsentubus 36 unterstützt optische Instrumente zusätzlich zum Spalt 41 (nicht gezeigt).
Sowohl das Spiegelstützteil 2 als auch die Basis 35 und der Linsentubus 36 beinhalten ein aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestelltes Honigwaben-Sandwich-Paneel. In dem, den Reflexionsspiegel 1 mit dem Spalt 41 verbindenden strukturellen Bauteilen passierenden Pfad existieren nur die Strukturbauteile, die aus dem Niedrig-Expansionsmetall gemacht sind oder unter Verwendung von aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellten Honigwaben-Sandwich-Paneelen produziert sind. Es ist daher möglich, eine Änderung der Relativpositions-Beziehung zwischen dem Reflexionsspiegel 1 und dem Spalt 41 innerhalb eines zulässigen Bereichs in Bezug auf eine Temperaturänderung zu beschränken. In dem Pfad zwischen den optischen Instrumenten kann ein aus einem anderen Material als dem Niedrig-Expansionsmetall hergestelltes strukturelles Bauteil enthalten sein. In dem Pfad des strukturellen Bauteils, das zwischen optischen Instrumenten vorkommt, kann das Verhältnis des aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellten Honigwaben-Sandwich-Paneels oder das Verhältnis eines aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellten strukturellen Bauteils eine vorbestimmte Untergrenze oder größer sein. Im Falle einer optischen Vorrichtung, die drei oder mehr optische Instrumente aufweist, wird für alle Kombinationen, die alle eine Kombination von aus diesen optischen Instrumenten ausgewählten zwei optischen Instrumenten sind, das Verhältnis des aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellten Honigwaben-Sandwich-Paneels oder das Verhältnis eines aus dem Niedrig-Expansionsmetall in dem strukturellen Bauteil, das in dem das strukturelle Bauteil, das ein oder zwei optischen Instrumente mit dem anderen der zwei optischen Instrumente verbindet, passierenden Pfad bestimmt, eine vorbestimmte Untergrenze oder größer zu sein.
Die Basis 35 ist aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt und das Verbindungspaneel 33 ist aus einem Metall mit einem höheren thermischen Expansionskoeffizienten als dem thermischen Expansionskoeffizienten des Niedrig-Expansionsmetalls hergestellt. Eine Struktur, die eine Differenz beim Expansions- oder Kontraktionsbetrag zwischen dem Verbindungspaneel 33 und der Basis 35 aufgrund einer Temperaturänderung absorbiert, beschrieben. Die Basis 35 ist mit dem Verbindungspaneel 33 durch einen Stützmechanismus mit Rotationssymmetrie von 45 Grad in Bezug auf sein Zentrum verbunden. Ein rechteckiger Quader-Vorsprung 43 ist auf dem Zentrum auf der Oberseite jeder externen Oberfläche der Basis 35 mit einer äußeren Form eines gleichmäßigen oktogonalen Prismas vorgesehen. Der Vorsprung 43 ist an einem erweiterten Bereich der Haut einer Oberfläche eines Honigwaben-Sandwich-Paneels fixiert, das verwendet wird, um die Basis 35 zu bilden, und an einer Seitenoberfläche der Basis 35. Ein prismenförmiger Vorsprung 44 ist auch auf dem Verbindungspaneel 33 vorgesehen. Ein Vorsprung 43 und jeder von Vorsprüngen 44 auf den beiden Seiten sind durch einen einzelnen zylindrischen Stab 45 verbunden. Dadurch, dass zwei Stäbe 45 mit einem einzelnen Vorsprung 43 verbunden sind, wird dieser Vorsprung 43 durch eine Zweifuß-Struktur (zwei Beine) gestützt. Die Oberfläche des Vorsprungs 43, an welchem ein Ende des Stabs 45 fixiert ist, ist eine Oberfläche rechtwinklig zur Außenseitenoberfläche von Basis 35. Das andere Ende des Stabs 45 ist an einer Seitenoberfläche des Vorsprungs 44 fixiert. Die Seitenoberfläche des Vorsprungs 44, an welchem das andere Ende des Stabs 45 fixiert ist, ist orthogonal zu einer Ebene, in welcher der Stab 45 existiert, und die parallel zur optischen Achse ist. Wie in der Richtung parallel zur optischen Achse zu sehen, weist der Vorsprung 44 eine äußere Form eines Trapezes auf. Das andere Ende des Stabs 45 kann an der oberen Oberfläche des Vorsprungs 44 (der auf einer Seite, wo der Vorsprung 43 existiert, existierenden Oberfläche) fixiert sein. Die Basis 35 und das Verbindungspaneel 33 sind miteinander nur durch Stäbe 45 verbunden. Ein Raum ist zwischen der Basis 35 und dem Verbindungspaneel 33 gegeben.
Jeder von acht Vorsprüngen 43 ist mit angrenzenden Vorsprüngen 44 durch zwei Stäbe 45 verbunden. Die Gesamtanzahl von Stäben 45 beträgt sechzehn. Die sechzehn Stäbe 45, die acht Vorsprünge 43 und die acht Vorsprünge 44 bilden einen Optikinstrument-Verbindungsbereich, der das optische Teleskop 32 mit dem Satellitenkörper 31 verbindet, was es gestattet, dass die Position des optischen Teleskops 32 in Bezug auf den Satellitenkörper 31 in Reaktion auf eine Temperaturänderung geändert wird. Das optische Teleskop 32 kann mit dem Satellitenkörper 31 verbunden sein, was es gestattet, dass die Position des optischen Teleskops 32 in Bezug auf den Satellitenkörper 31 in Reaktion auf eine Temperaturänderung geändert wird, durch ein anderes Verfahren als das Verfahren, welches die Stäbe 45 verwendet.
An beiden Enden des Stabs 45 sind Bereiche reduzierten Durchmessers 46 mit einem relativ schmaleren Durchmesser vorgesehen. Der Bereich von Stab 45, der zwischen den Bereichen reduzierten Durchmessers 46 gesandwiched ist, wird hier als Hauptkörperbereich bezeichnet. Die Bereiche reduzierten Durchmessers 46 an den beiden Enden weisen dieselbe Form auf. Im Bereich reduzierten Durchmessers 46 ist der Querschnitt rechtwinklig zur Axialrichtung des Stabs 45 konzentrisch und kreisförmig und sinkt nur der Durchmesser zu einem Ende ab. Im Bereich reduzierten Durchmessers 46 sinkt der Durchmesser, um ein Minimal-Durchmesser zu sein und steigt dann zum Ende des Stabs 45 an. Die Anwesenheit des Bereichs reduzierten Durchmessers 46 gestattet, dass ein Winkel, unter welchem der Stab 45 mit dem Vorsprung 43 verbunden ist, geändert wird und der Winkel, unter welchem der Stab 45 mit dem Vorsprung 44 verbunden wird, geändert wird. Somit können die Stäbe 45 eine Gerüststruktur bilden, in welchen der Winkel, unter welchem der Stab verbunden ist, variabel ist. Sechzehn Stäbe 45 bilden eine Gerüststruktur. Die Anzahl von Stäben kann größer oder kleiner als sechzehn sein. Der Querschnitt des Linsentubus mag nicht oktogonal sein.
Die Länge des Stabs 45 wird auf eine angemessene Länge eingestellt, so dass ein Raum zwischen der Basis 35 und dem Verbindungspaneel 33 selbst in einem Fall gebildet werden kann, bei dem eine Temperaturänderung auftritt. Die Basis 35, das Verbindungspaneel 33, der Vorsprung 43 und der Vorsprung 44 weisen ausreichende Festigkeit auf, um in Reaktion auf eine Temperaturänderung nicht deformiert zu werden. Der Bereich des reduzierten Durchmessers 46 des Stabs 45 ist etwas in Bezug auf den Hauptkörperbereich gebogen, wenn eine Temperaturänderung auftritt. Das Material und/oder die Form des Stabs 45 wird so bestimmt, dass der Stab 45 eine erforderliche und ausreichende Festigkeit dafür hat, dass er nicht beschädigt wird, wenn der Stab 45 gebogen wird.
Wenn beispielsweise durch Bestrahlung mit Sonnenlicht im Weltraum Wärme aufgebracht und entsprechend die Temperatur steigt, expandiert das Verbindungspaneel 33 in einem größeren Ausmaß als die Basis 35. Der Stab 45 ist etwas im Bereich reduzierten Durchmessers 46 gebogen und der Winkel des Hauptkörperbereichs von Stab 45 in Bezug auf das Verbindungspaneel 33 sinkt. Wenn die Temperatur sinkt, kontrahiert das Verbindungspaneel 33 in einem größeren Ausmaß als die Basis 35. Der Stab 45 ist etwas in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung gebogen, in welcher der Stab 45 bei Temperaturanstieg gebogen ist und der Winkel des Hauptkörperbereichs vom Stab 45 in Bezug auf das Verbindungspaneel 33 wächst. Auf diese Weise absorbiert der Stab 45 die Differenz beim Expansions- oder Kontraktionsbetrag aufgrund der Differenz bei dem thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Verbindungspaneel 33 und der Basis 35. Wenn der Stab 45 aus einem Material hergestellt ist, das einen thermischen Expansionskoeffizient gleich oder etwas kleiner als der thermische Expansionskoeffizient des Verbindungspaneels 33 aufweist, expandiert oder kontrahiert der Stab 45 selbst, so dass die Änderung des Winkels, unter welchem der Stab 45 am Bereich reduzierten Durchmessers 46 gebogen ist, kleiner gemacht werden kann als der in dem Fall, bei dem der Stab 45 aus dem Niedrig-Expansionsmetall gemacht wird.
Das die optischen Instrumente tragende strukturelle Bauteil kann unter Verwendung eines aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellten Honigwaben-Sandwich-Paneels produziert werden oder unter Verwendung eines verarbeiteten Bauteils, das aus einem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt ist, produziert werden, um den Änderungsbetrag in der relativen Positionsbeziehung zwischen den optischen Instrumenten zu reduzieren, welcher durch eine Temperaturänderung verursacht wird, im Vergleich mit dem aus CFRP hergestellten Strukturbauteil. Die Änderung der Beobachtungs-Leistungsfähigkeit einer optischen Vorrichtung wie etwa eines optischen Teleskops kann reduziert sein, selbst falls eine Temperaturänderung auftritt. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, dass die optische Vorrichtung einen Mechanismus aufweist, wie etwa beispielsweise einen Brennpunkt-Justiermechanismus, der für die optische Vorrichtung in dem Fall notwendig ist, bei dem das Strukturbauteil einen großen Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, und welcher eine Änderung bei der Relativ-Positionsbeziehung bei den optischen Instrumenten aufgrund einer Temperaturänderung daran hindert, die Beobachtungsgenauigkeit zu beeinträchtigen.
Die Ausführungsformen können frei kombiniert werden, oder jede Ausführungsform kann modifiziert werden und/oder ein Teil der Ausführungsform kann weggelassen werden.
Bezugszeichenliste

50: Reflexionsspiegelstruktur (optische Vorrichtung)
1: Reflexionsspiegel (optisches Instrument)
2: Spiegelunterstützungsteil (Strukturbauteil)
3: Reflexionsoberfläche
4: Unterstützter Bereich
5: Unterstützte Oberfläche
6: Stützplatte (Hauptkörper)
7: Lagerteil
8: Unterstützungsöffnungsbereich (Spiegelverbindungsbereich)
9: Stützträger (Stützbauteil, Spiegelverbindungsbereich)
9A: Spiegelunterstützungsbereich (Spiegelverbindungsbereich)
9B: Trägerbereich
9C: Flanschbereich
9D: Verbindungsbereich
10: Trägerfixierbereich (Spiegelverbindungsbereich)
11: Wellenhalteloch
12: Y-Achsen-Wellenbauteil
13: Zylindrische Oberfläche
14: X-Achsen-Rotationsbauteil 1
15: X-Achsen-Wellenbauteil
16: Spiegelbasisbauteil
20: Honigwaben-Sandwichpaneel
21: Erste Haut
22: Kern
23: Zweite Haut
30: Künstlicher Satellit
31: Satellitenkörper
32: Optisches Teleskop (optische Vorrichtung)
33: Verbindungspaneel
34: Eingang
35: Basis (Strukturbauteil)
36: Linsentubus (Strukturbauteil)
37: Linsentubus-Bodenbereich
38: Linsentubus-Mittelbereich
39: Instrumenten-Haltebereich
40: Optikpfad-Tubusbereich
41: Spalt (optisches Instrument)
42: Optischer Pfad
43: Vorsprung (Optikinstrument-Verbindungsbereich)
44: Vorsprung (Optikinstrument-Verbindungsbereich)
45: Stab (Optikinstrument-Verbindungsbereich)
46: Bereich reduzierten Durchmessers
LX: Optische Achse
CS: Zentralebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3902429 B [0007]
JP 2005028966 A [0007]
JP 5574835 B [0007]
JP 2012185278 A [0007]

Claims

Optische Vorrichtung, umfassend: einen Reflexionsspiegel, der eine Reflexionsoberfläche zum Reflektieren von Licht, und einen unterstützten Bereich, der auf einer Rückoberfläche angeordnet ist, und drei unterstützte Oberflächen aufweist, die mit Rotationssymmetrie von 120 Grad um eine optische Achse angeordnet sind, beinhaltet, wobei die Rückoberfläche eine Oberfläche des Reflexionsspiegels ist, die auf der Gegenseite der reflektierenden Oberfläche existiert; ein Strukturbauteil, das auf einer Rückseite des Reflexionsspiegels vorgesehen ist; und drei Stützbauteile, wobei jedes der drei Stützbauteile einen Spiegelstützbereich beinhaltet, der verbunden ist mit und unterstützt jede der drei unterstützten Oberflächen, und zwei Enden aufweist, die mit dem Strukturbauteil verbunden sind.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedes der drei Stützbauteile Ebenen-Symmetrie in Bezug auf eine zentrale Ebene aufweist, welche den Spiegelunterstützungsbereich des Stützbauteils quert.
Optikvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der drei Stützbauteile eine Struktur aufweist, die dem Spiegelunterstützungsbereich erlaubt, sich in einer Radialrichtung des Reflexionsspiegels zu bewegen.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der drei unterstützten Oberflächen eine flache Oberfläche parallel zur optischen Achse ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Spiegelunterstützungsbereich plattenförmig ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jedes der drei Stützbauteile beinhaltet zwei Trägerbereiche, wobei jeder der zwei Trägerbereiche mit jeder der zwei Seiten des Spiegelunterstützungsbereichs verbunden ist, und zwei Flanschbereiche, wobei jeder der zwei Flanschbereiche rechtwinklig mit einem Ende jedes der zwei Trägerbereiche verbunden ist, wobei das Ende ein Ende ist, an welchem der Spiegelunterstützungsbereich nicht verbunden ist, und das Strukturbauteil eine Vielzahl von Trägerfixierbereichen beinhaltet, wobei jeder der Vielzahl von Trägerfixierbereichen durch den Flanschbereich verbunden ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei jeder aus der Vielzahl von Trägerbereichen plattenförmig ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei zwei Trägerfixierbereiche, die in der Vielzahl von Trägerfixierbereichen enthalten sind, mit denen jeweils die Flanschbereiche von zwei Stützbauteilen, die in den drei Stützbauteilen enthalten sind, verbunden sind, angrenzend aneinander angeordnet sind, und die Vielzahl von Trägerfixierbereichen angeordnet sind, Rotationssymmetrie von 120 Grad um die optische Achse herum aufzuweisen.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Strukturbauteil ein Loch aufweist, in welchem der unterstützte Bereich enthalten ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zwei Trägerbereiche mit dem Spiegelunterstützungsbereich unter einem Winkel verbunden sind, unter welchem die zwei Trägerbereiche weiter von dem Reflexionsspiegel lokalisiert sind als der Spiegelunterstützungsbereich lokalisiert ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei jedes der drei Stützbauteile einen Verbindungsbereich beinhaltet, der weiter weg von der Rückoberfläche des Reflexionsspiegels lokalisiert ist als der Spiegelunterstützungsbereich lokalisiert ist, und zum Koppeln der Flanschbereiche miteinander.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Spiegelunterstützungsbereich an einer entsprechenden unterstützten Oberfläche, die in den drei unterstützten Oberflächen beinhaltet ist, mit Adhäsiv fixiert ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Strukturbauteil und die drei Stützbauteile aus einem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt sind, wobei das Niedrig-Expansionsmetall ein Metall ist, das einen Absolutwert eines thermischen Expansionskoeffizienten kleiner als ein Absolutwert eines thermischen Expansionskoeffizienten von kohlenfaserverstärktem Plastik aufweist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei der Absolutwert des thermischen Expansionskoeffizienten des Niedrig-Expansionsmetalls kleiner als 10^-7 ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das Strukturbauteil aus einem Honigwaben-Sandwich-Paneel gebildet ist, wobei das Honigwaben-Sandwich-Paneel beinhaltet: eine erste Haut, die ein Plattenmaterial ist, das aus Niedrig-Expansionsmetall hergestellt ist; eine zweite Haut, die ein Plattenmaterial ist, das aus dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt ist und angeordnet ist, zur ersten Haut zu weisen; und einen Kern, der aus kohlefaserverstärktem Plastik oder dem Niedrig-Expansionsmetall hergestellt ist, wobei der Kern an der ersten Haut und der zweiten Haut bondiert ist und eine Vielzahl von röhrenförmigen Zellen beinhaltet, die alle einen hexagonalen Querschnitt aufweisen, wobei die Mehrzahl von röhrenförmigen Zellen aneinander angrenzend ausgebildet ist.