JP2004013010A - 衛星搭載光学機器用反射鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】反射鏡の鏡面に発生した熱を効率的に背面側へ逃がすことができ、鏡面の熱歪を防止することが可能な衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることにある。
【解決手段】鏡面体１２と、この鏡面体１２を保持する光学架台１０とを有する衛星搭載光学機器用反射鏡において、高熱伝導繊維１４を束ねてなる柔軟に変形し得る熱伝導部材１３を、その繊維方向の一端が前記鏡面体１２の背面に結合し且つ他端が前記光学架台１０に結合するように、前記鏡面体１２と前記光学架台１０との間に配置した。また、熱伝導部材１３の両端部を鏡面体１２と光学架台１０に高熱伝導接着剤で接着した。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鏡面体の熱歪対策を施した衛星搭載光学機器用反射鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は例えば特開２００１−１５３６１１公報に記載された人工衛星搭載用光学センサーが備える従来の衛星搭載光学機器用反射鏡を説明するための斜視図である。
図において、１は平面反射鏡、２は集光反射鏡、３は反射鏡サポート、４は光電変換部、５は光電変換部サポート、６はベースプレート、７は光、８は一体型平面反射鏡、９は一体型集光反射鏡であり、これらによって光学センサーが構成されている。
【０００３】
このような光学センサーは、人工衛星に搭載され、地球や太陽、惑星等の表面を観測して、画像データ等を得るものである。また近年では、太陽観測衛星に宇宙望遠鏡が搭載され、太陽の外層大気であるコロナの成因、及び光球での磁場構造の変動やコロナでのダイナミックな減少の関係が調査されているが、その宇宙望遠鏡にも上記光学センサーが使用される。
【０００４】
次に動作について説明する。
平面反射鏡１に入射した光は、集光反射鏡２で集光されて光電変換部４に入ることで、この光電変換部４によって光情報が電気情報に変換される。
ここで、上述のように人工衛星に搭載される光学センサーでは、該センサーで高解像度を得るために、各反射鏡１，２において、太陽等からの高強度光の入射による熱変形に起因した焦点移動を十分に抑えることが必要であり、このため、各反射鏡１，２の温度上昇を抑えることが主に要求される。光入射により反射鏡の温度は５０〜１００℃に上昇するといわれている。
【０００５】
そこで、上記従来例では、反射鏡サポート３を、鏡面体に平行な面内に直交配置した炭素繊維と、鏡面体の鉛直方向に配置した炭素繊維と、この炭素繊維間に含浸させたレジン構成し、これを硬化させて一体型反射鏡８，９とするか、あるいは反射鏡サポート３を、互いに直交する３軸方向に炭素繊維を配置し、この炭素繊維間に含浸させたレジンで構成し、これを硬化させて形成した表皮材と、この表皮材と鉛直方向に配置した炭素繊維及び該炭素繊維間に含浸させたレジンとにより構成し、これを硬化させて形成したコアによりサンドイッチ構造のものを反射鏡１，２に接着することで一体型反射鏡８，９としており、そのいずれの場合も、光による反射鏡の発熱を、鏡面体の鉛直方向に配置した上記炭素繊維を通じて鏡面体の背面側に導き放熱させるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の衛星搭載光学機器用反射鏡は以上のように構成されているので、一体型反射鏡８，９では、鏡面体の鉛直方向に配置した炭素繊維により熱を効率的に逃がすことはできるが、鏡面体（反射鏡１，２）と反射鏡サポート３との熱膨張係数が異なることにより熱歪が生じ、特にレジンを含浸させた構成の上記一体型反射鏡８，９は高い剛性のために上記熱歪を緩和・解消することができず、鏡面が歪み、その結果、観測機器としての光学センサーの性能（主に解像度）が低下するという課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、反射鏡の鏡面に発生した熱を効率的に背面側へ逃がすことができ、鏡面の熱歪を防止することが可能な衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る衛星搭載光学機器用反射鏡は、鏡面体と、この鏡面体を支持する光学架台とを有する衛星搭載光学機器用反射鏡において、高熱伝導繊維を束ねてなる柔軟に変形し得る熱伝導部材を、その繊維方向の一端が鏡面体の背面に結合し且つ他端が光学架台に結合するように、鏡面体と光学架台との間に配置したものである。
【０００９】
この発明に係る衛星搭載光学機器用反射鏡は、高熱伝導繊維として金属繊維を用いたものである。
【００１０】
この発明に係る衛星搭載光学機器用反射鏡は、高熱伝導繊維として炭素繊維を用いたものである。
【００１１】
この発明に係る衛星搭載光学機器用反射鏡は、高熱伝導繊維としてセラミック繊維を用いたものである。
【００１２】
この発明に係る衛星搭載光学機器用反射鏡は、高熱伝導繊維を束ねてなる熱伝導部材の繊維方向両端部を高熱伝導接着剤で鏡面体と光学架台に接合したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による衛星搭載光学機器用反射鏡を示す斜視図、図２は図１のＡ部拡大斜視図である。
図において、１０は光学架台、１１はその光学架台１０上に設けられた鏡面制御機構、１２は鏡面制御機構１１に保持された鏡面体（反射鏡）、１３はその鏡面体１２と前記光学架台１０との間に配置された熱伝導部材である。この熱伝導部材１３は、高熱伝導繊維１４を束ねて一方向に引き揃え、その両端部を切り揃えることによって、柔軟に変形し得るように形成されたものである。１５，１６は前記熱伝導部材１３の両端部に一体形成されたＣＦＲの面板部であり、その一方の面板部１５が前記鏡面体１２の背面に接合され、他方の面板部１６が前記光学架台１０の表面に接合されている。
【００１４】
次に動作について説明する。
鏡面体１２の鏡面で発生した熱は、その鏡面体１２の裏面に接合された熱伝導部材１３の面板部１５を介して高熱伝導繊維１４に伝導された後、光学架台１０上に接合された面板部１６を介して前記光学架台１０に伝導される。
【００１５】
以上説明した実施の形態１によれば、高熱伝導繊維１４の束ね体からなって柔軟に変形し得る熱伝導部材１３を、その繊維方向が光学架台１０および鏡面体１２との略鉛直方向となるように、光学架台１０と鏡面体１２とに跨ってその両者間に配置するように構成したので、鏡面体１２で発生した熱を熱伝導部材１３によって光学架台１０へ速やかに効率よく逃がすことができ、鏡面体１２の鉛直方向となる面外方向の熱伝導性が向上するという効果がある。しかも、前記熱伝導部材１３は高熱伝導繊維１４のみから構成され柔軟に変形可能となっているので、鏡面体１２および光学架台１０と熱伝動部材１３との間に熱膨張係数の違いがあって熱歪が生じた場合でも、前記熱伝導部材１３が変形することにより、熱歪を解消することができ、このため、鏡面体１２に歪みが生じるようなことがなく、前記熱伝導部材１３を備えた衛星搭載光学機器用反射鏡は、従来にない高い解像度を得ることができるという効果がある。
【００１６】
次に、上記実施の形態１による衛星搭載光学機器用反射鏡を実施した結果を説明する。
衛星搭載光学機器用反射鏡として、反射鏡（鏡面体１２）自体をゼロ膨張ガラス（熱膨張率：０．１ｐｐｍ／Ｋ以下）で作製し、直径約３００ｍｍ程度の鏡として作製した。また、光学架台（背面構造）１０の材料としては従来から光学機器用材料として使用されているインバー系合金（低熱膨張のＦｅ系合金）を使用した。インバー系合金の熱膨張率は約０．５ｐｐｍ／Ｋであり、宇宙環境では最高温度と最低温度の差が１０℃近くになるため、従来は強健に最大で約１０μｍの熱歪が生じる研鑽になり、高い測定精度を得ることができなかった。
【００１７】
そこで、例えば、図１に示すような直径約１０ｍｍ、長さ約３０ｍｍの炭素繊維の束の上端部と下端部を１０ｍｍずつＣＦＲＰ化したものを熱伝導部材１３として使用した。この熱伝導部材１３を構成する炭素繊維の束の中央の１０ｍｍはむき出しのままであるため、この熱伝導部材１３は柔軟に変形し得る。
その熱伝導部材１３を鏡面体１２と光学架台１０との間に配置することにより、鏡面体１２と光学架台１０との間に生じる熱歪を全て炭素繊維に受け持たせ、鏡面に生じる変位のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）を、光学機器全体として０．２秒角という高い精度の空間分解能を達成するために要求される、λ／４０（約１５ｎｍ）という要求値以下になった。ここで、λは入射光の波長を示す。
また、高熱伝導繊維１４を用いたため、鏡面上に入射光が集中することにより生じる鏡面上の熱を効率的に背面構造へ逃がすことが可能であり、鏡面上の温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。
作製方法としては、まず鏡面体１２と光学架台１０の形状に合わせて高熱伝導繊維１４の束を切り揃える。次に、鏡面体１２と光学架台１０との間に、高熱伝導繊維１４の束を鏡面体１２と略鉛直方向に配置し、最後に高熱伝導繊維１４の両端部（面板部１５，１６）を接着剤で鏡面体１２と光学架台１０に接着する。
【００１８】
上記で述べた、直径約１０ｍｍ、長さ約３０ｍｍ程度の炭素繊維の束の上部と下部をＣＦＲＰ化したものの端部を高温（約２０００℃）で炭化焼成して、Ｃ／Ｃ（カーボン／カーボン：炭素繊維強化繊維）にして、熱伝導部材１３として使用したところ、上記で述べた熱伝導部材１３と同様の効果が得られた。
【００１９】
実施の形態２．
この実施の形態２では、図１〜図３に示した高熱伝導繊維１４として金属繊維を使用し、これを束ねたものを熱伝導部材１３として使用するものであり、この場合も上記実施の形態１の場合と同様に、従来にない高い解像度の衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることができる。
【００２０】
上記実施の形態２による金属繊維の材料として、アルミニウムを使用した。アルミニウムの熱伝導率は常温で約２４０Ｗ／ｍ／Ｋであり、熱を背面構造へ効率よく逃すことができるうえに、柔軟性があるため熱歪が生じた場合でも、その熱伝導部材が歪みを解消するので、鏡面の歪みが生じることはない。
【００２１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、前記熱伝導部材１３を形成する高熱伝導繊維１４として炭素繊維を使用したものである。
このように、高熱伝導繊維１４として炭素繊維を使用した実施の形態３による衛星搭載光学機器用反射鏡においても、従来にない高い解像度を得ることができるという効果がある。
【００２２】
上記実施の形態３で使用した炭素繊維として、ピッチ系炭素繊維Ｋ１３Ｃ１Ｕ（三菱化学産資）を使用した。Ｋ１３Ｃ１Ｕの熱伝導率は６２０Ｗ／ｍ／Ｋ提訴で、一本あたりの直径は１０μ程度である。この炭素繊維は熱を背面構造に効率よくよく逃がすことができるうえに、柔軟性があるため熱歪が生じた場合でも、その熱伝導部材が歪みを解消するので、鏡面の歪みが生じることはない。
【００２３】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４では、前記熱伝導部材１３を形成する高熱伝導繊維１４としてセラミック繊維を使用したものである。
このように、高熱伝導繊維１４としてセラミック繊維を使用した実施の形態４による衛星搭載光学機器用反射鏡においても、従来にない高い解像度を得ることができるという効果がある。
【００２４】
上記実施の形態４によるセラミック繊維として窒化アルミを使用した。窒化アルミの熱伝導率は約２００Ｗ／ｍ／Ｋであり、熱を背面構造に効率よくよく逃がすことができるうえに、柔軟性があるため熱歪が生じた場合でも、その熱伝導部材が歪みを解消するので、鏡面の歪みが生じることはない。
【００２５】
実施の形態５．
この実施の形態５では、図１から図３における熱伝導部材１３を鏡面体１２および光学架台１０に高熱伝導接着剤で接合するように構成したものである。
このように熱伝導部材１３と鏡面体１２および光学架台１０との接着剤として高熱伝導接着剤を使用することにより、鏡面体１２から光学架台１０に熱伝導部材１３を経由して熱が逃げる際に、熱伝導部材１３と鏡面体１２および光学架台１０との接着部が熱伝達を妨げるようなことがなくなり、放熱性がさらに向上し、その結果、高い解像度の衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることができるという効果がある。
【００２６】
上記実施の形態５で使用する高熱伝導接着剤として、フィラー（例えば、銀フィラー：銀の熱伝導率は常温で約４３０Ｗ／ｍ／Ｋ）入りエポキシ系接着剤を使用した。通常のエポキシ系接着の熱伝導率が約０．１Ｗ／ｍ／Ｋであるのに対して、フィラー入りエポキシ系接着剤の熱伝導率は３〜７Ｗ／ｍ／Ｋである。したがって、このような接着剤を使用することにより、さらに効率的に鏡面の排熱を行うことができるという効果がある。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、鏡面体と光学架台とを有する衛星搭載光学機器用反射鏡において、高熱伝導繊維を束ねてなる柔軟に変形し得る熱伝導部材を、その繊維方向の一端が鏡面体の背面に結合し且つ他端が光学架台に結合するように、鏡面体と光学架台との間に配置するように構成したので、鏡面体の鏡面で発生した熱を高熱伝導繊維によって光学架台に速やかに効率よく逃がすことができるという効果がある。さらに、熱伝導部材は高熱伝導繊維のみから構成され、柔軟に変形できる特性を有するため、鏡面体および光学架台と熱伝導部材との間に熱膨張係数の違いがあって熱歪が生じた場合でも、その熱歪を熱伝導部材の変形によって吸収解消することができ、このため、鏡面体に歪みが生じるようなことがないという効果がある。また、熱伝導部材を適用した衛星搭載光学機器用反射鏡は高い解像度が得られるという効果がある。
【００２８】
この発明によれば、熱伝導部材を形成する高熱伝導繊維として金属繊維を用いるように構成したので、鏡面体の面外方向の熱伝導性が向上し、高い解像度の衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることができるという効果がある。
【００２９】
この発明によれば、熱伝導部材を形成する高熱伝導繊維として炭素繊維を用いるように構成したので、鏡面体の面外方向の熱伝導性が向上し、高い解像度の衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることができるという効果がある。
【００３０】
この発明によれば、熱伝導部材を形成する高熱伝導繊維としてセラミック繊維を用いるように構成したので、鏡面体の面外方向の熱伝導性が向上し、高い解像度の衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることができるという効果がある。
【００３１】
この発明によれば、高熱伝導繊維を束ねてなる熱伝導部材の繊維方向両端部を高熱伝導接着剤で鏡面体と光学架台に接合するように構成したので、鏡面体から光学架台に熱伝導部材を経由して熱が逃げる際に、熱伝導部材と鏡面体および光学架台との接着部が熱伝達を妨げるようなことがなくなり、放熱性がさらに向上し、その結果、高い解像度の衛星搭載光学機器用反射鏡を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による衛星搭載光学機器用反射鏡を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ部拡大斜視図である。
【図３】図１の一部を断面した側面図である。
【図４】従来の衛星搭載光学機器用反射鏡を備えた光学センサーを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　光学架台、１１　鏡面制御機構、１２　鏡面体（反射鏡）、１３　熱伝導部材、１４　高熱伝導繊維、１５，１６　面板部。

Claims (5)

1. 鏡面体と、この鏡面体を支持する光学架台とを有する衛星搭載光学機器用反射鏡において、高熱伝導繊維を束ねてなる柔軟に変形し得る熱伝導部材を、その繊維方向の一端が前記鏡面体の背面に結合し且つ他端が前記光学架台に結合するように、前記鏡面体と前記光学架台との間に配置したことを特徴とする衛星搭載光学機器用反射鏡。
2. 高熱伝導繊維が金属繊維であることを特徴とする請求項１記載の衛星搭載光学機器用反射鏡。
3. 高熱伝導繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１記載の衛星搭載光学機器用反射鏡。
4. 高熱伝導繊維がセラミック繊維であることを特徴とする請求項１記載の衛星搭載光学機器用反射鏡。
5. 高熱伝導繊維を束ねてなる熱伝導部材は、その繊維方向両端部が高熱伝導接着剤で鏡面体と光学架台に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の衛星搭載光学機器用反射鏡。

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