JP2009517699A - ミラーが設置されている入口空洞を含む光学機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、空洞（２）内に設置され、入射する放射流束の瞬時変動を受けることができる活性表面を含む主鏡（３）と呼ばれる、少なくとも一つのミラーを備える光学機器（１）に関する。本発明によれば、空洞（２）は入射する放射流束の瞬時変動を抑えるために、熱慣性を有する材料から成る堅固な内部ケーシング（２０）をミラーの周囲に備え、それによってこの空洞の温度変動及び、結果としてミラーの温度変動を制限することを可能にする。
本発明は宇宙分野に適用される。
【選択図】図１

Description

本発明は内部に主鏡と呼ばれるミラーが設置されている入口空洞を含む光学機器に関する。

本発明は例えば１〜２時間という特に短時間にわたる熱弾性変形を制限するため、非常に大きな熱的安定性を必要とするミラーを含む、あらゆる光学機器に適用される。

本発明はとりわけ、しかし専用としてではなく、人工衛星に搭載する光学機器（典型的には望遠鏡）など、宇宙分野において用いられる光学機器に対して適用される。

具体的に、望遠鏡などの特定の光学機器は長期間及び短期間の双方にわたり、周囲温度において、それらの主鏡の非常に大きな幾何学的安定性を必要とする。

ミラー生産用に新しいセラミック材料（シリコン・カーバイドが主原料：ＣｅＳｉＣ、ＳｉＣ等）を使用すると、この制約はとりわけミラーの厚み勾配の変化に関して、及び活性表面の温度変動に関して高い熱的安定性をもたらす。機器の入口空洞内に位置する、主鏡と呼ばれるこれらのミラーは直接的又は間接的に軌道上の外部磁束変動（太陽、地球、又はアルベド）を、一年中受ける。

これまで、そのようなミラーの熱制御は後面放射型の能動制御により提供されて来た。「能動」制御は従来、サーモスタット又は、サーミスタに連結された搭載したソフトウェアにより制御されるヒーターにより行なわれている。このタイプの制御はミラーの温度を所定のレベルに保ち、一年中、前面により吸収される磁束変動を補償することを可能にする。他方で、このタイプの制御は、ヒーターとミラー間の純粋に放射型の交換モードのため、低高度地球軌道における人工衛星との関連において軌道変動を補償することを可能にしない。

能動光学タイプの別の解決策が存在するが、しかし専用の電子装置及び地上における複雑な機能試験を用いるため、適用するには高価で複雑であり、又それらは故障の危険性を有する。

活性表面の直接的な熱制御は、ミラーの或る等価な安定性レベルを得ることを可能にするであろうが、しかしこの解決策は本出願人の知る限りでは達成されておらず、そして熱弾性的変形の危険性を与えるであろう。

本発明の目的はこの問題を解決することである。

具体的に、本発明は光学機器の主鏡において要求される、非常に大きな熱的安定性の問題に対する解決策を提案する。その目的は、低高度地球静止軌道の人工衛星の光学機器の場合に、とりわけ短期間の変動に関して解決策を提供することである。

提案されている解決策は空洞の全部又は一部分の熱慣性を作り出す、堅固なケーシングを含む機器の入口空洞を生み出すことにある。

放射交換が最大である主鏡の直近に位置するこのケーシングの熱慣性は、空洞の温度変動と、その結果としてミラーの温度変動を制限することを可能にする。

より具体的に、本発明の主題は空洞（２）内に設置される、入射する放射流束の瞬時変動を受けることができる活性表面を備えた、主鏡（３）と呼ばれる少なくとも一つのミラーを含む光学機器であり、光学機器は、空洞の少なくとも一部分を形成するミラー周囲の堅固な内部ケーシング（２０）をその空洞が備え、このケーシングは入射する放射流束の瞬時変動を抑えるように熱慣性を有する材料から成り、それによってこの空洞の温度変動の制限と、その結果としてミラーの温度変動の制限を可能にすることを特徴とする。

機器の重量を制限するため、堅固な内部ケーシングは、ミラーに近いと定義される空洞の第一の部分にわたって延び、この部分は機器の入口空洞の全体長さｌよりも短い距離ｄまでミラーから延びている。

第一のケーシングはアルミニウム、又は高い熱慣性を有する任意の他の材料（例えばベリリウム）で作られることが有利である。

アルミニウム・ケーシングは約１ｍｍの厚さを有することが有利である。

別の特徴によれば、空洞は、その空洞の全周にわたり且つその底部すなわちミラーの背後に置かれる断熱材から成る第二のケーシングをさらに含む。

第二のケーシングが第一の空洞部分を形成する場合、第二のケーシングは第一をカバーし、この第一の空洞部分を延長して、第一と連続する第二の部分を形成する（図２）。

第二のケーシングは多層保温（ＭＬＩ）構造から成ることが有利である。

別の特徴によれば、その機器はミラーの温度を制御するための能動的手段をさらに含む。

本発明はそれらの主鏡の大きさに関係なく、人工衛星に搭載する望遠鏡に適用される。

本発明の具体的な特徴及び利点は、以下に記述され、また例示的及び限定されない例として与えられる記述を読むことにより、そして図面に関連して明確になるであろう。

上述の機器１は主鏡と呼ばれるミラー３を受容し、そして従来の取付け手段５によりその機器にミラー３を取り付けることを可能にする空洞２を備える。通常、ミラーはこのミラーの周囲に来るようにそれ自体よりも僅かに大きい直径を有する、管状の空洞内にある。ミラー３は空洞の中心に位置合わせされ、その活性表面は副鏡４の配置場所である空洞の入口へ向けられている。

先行技術において空洞は、内側が黒く塗られたＭＬＩ（多層保温）と呼ばれる断熱カバーで作られ、非常に大きな温度変動を有する断熱ケーシングで製作されている。

提案されている解決策は従来の断熱コーティングを使用するよりも、非常に大きな熱慣性を有する光学機器１用の入口空洞を用いることにある。このために、空洞２は急速な温度変動に関して高い慣性を有する材料で作られる、少なくとも一つの部分を含む。それゆえ、本発明に従って生み出される機器の入口空洞は、外部変動、とりわけ軌道タイプの急速な変動に関して余り敏感ではない。

このために、光学機器１の入口空洞２は、入射する放射流束の瞬時変動を抑える熱慣性を有する材料から成る、堅固な内部ケーシング２０をミラー３の周囲に備える。熱慣性ケーシングは空洞の温度変動及び、その結果としてミラーの温度変動を制限する。

堅固な熱慣性ケーシング２０は管状の形であり、光学機器１の入口空洞の全体又は一部分を形成する。これらの二つの解決策に相当する二つの例示的実施形態が図１及び２の案に例示されている。

図１の案においてケーシング２０は空洞２の全体を形成する。この場合、ケーシング２０の長さは入口空洞２の長さに相当する。この場合のケーシングは主鏡３から、副鏡４の位置に相当する空洞の入口まで延びている。

しかしながら、或る適用においては、光学機器の重量を制限する理由のため、ケーシング２０が入口空洞の長さよりも短い長さを有し、一方で残りは入射する放射流束の瞬時変動を抑えるその機能を果たすために十分長いことが望ましいであろう。この例示的実施形態は図２の案により例示され、ケーシング２０は入口空洞２の一部分のみを形成している。

ケーシング２０の直径は、そのケーシングがミラー３の周囲に設置され得るように主鏡３の直径よりも僅かに大きい。

全ての場合において、熱的変動に対する熱慣性を有する空洞の部分、又はこの熱慣性を有する空洞全体は、多層タイプ「ＭＬＩ」の断熱ケーシング２１でカバーされる。

図２に示すように空洞の一部分のみが堅固な熱慣性ケーシングを備える場合、この空洞部分をカバーする断熱ケーシング２１は入口空洞の全長にわたって延び、その内面は熱慣性ケーシング２０の内面の延長となる。

高い熱容量及び優れた熱伝導率を有するアルミニウムなどの材料が、熱慣性ケーシングを生産するために有利に使用され得る。

アルミニウム製の空洞部分Ａの内面２０は光学的理由のために黒く塗られ、そしてミラーを約２０℃に制御することを可能にする十分に低い温度レベルを保つために、外面はＭＬＩタイプの多層保温ケーシング２１で機器１から絶縁される。

要求に応じて、提案されている解決策は、温度を制御するために従来用いられている、図２に例示された手段６及び７、すなわち、
１）ケーシング及び従ってミラーの温度変動を更に低減することを可能にする、例えば比例積分微分タイプの制御の助けによる、堅固なケーシングの温度の能動制御７と、
２）高い熱慣性の空洞の存在下で、軌道タイプの短期間の変動を補償するために著しく更に有効となる、放射型の後面におけるミラーの能動制御の組合せ６であって、これが、ＭＬＩタイプの断熱のみを含んだ空洞から生じる変動に関連する空洞の慣性のため、近い空洞から生じる放射流束の瞬時変動が緩和されるという事実による、ミラーの能動制御の組合せ６と、
３）その制御ループが空洞の温度により制御され、それによってミラーの温度変動を予想し、補償することを可能にする、放射型の後面におけるミラーの能動制御の組合せと
を用いて更に改善され得る。

一例として、
１．３ｍの直径を有する一つの主鏡３と、
長さの半分Ａ、すなわち１．２ｍの長さにわたり、約１ｍｍの堅固なアルミニウム・ケーシング２０を備えている空洞２と、
アルミニウム・ケーシングをカバーし、空洞のもう一方の半分Ｂを形成するためにケーシング２０を延長する、ＭＬＩタイプの断熱ケーシング２１でカバーされている空洞２と、
一つの第二ミラー４と、
一つの入口バッフル板１０と
を備える一つの組立品の熱的モデルは、低高度地球軌道における人工衛星が、本発明によって得られるゲインを定量化することを可能にしている。

従って、提案されているような光学機器の入口空洞構造の変更は、ミラーの活性表面により見られる入射磁束変動、及び特に近い空洞から生じる磁束を抑えることを可能にする。

１．３ｍの直径を有する主鏡に近接する環境において、１．２ｍの長さ及び１ｍｍの厚さのアルミニウム管状ケーシングを備える空洞は、これらの結果を得るために十分である。

堅固なケーシングの長さの最適化は要求される安定性の必要条件及び、発生する重量増加に応じて必要である。

一実施形態による光学機器の縦断面を表わす。 第二の実施形態による光学機器の縦断面を表わす。

Claims (8)

1. 空洞（２）内に設置される主鏡（３）と呼ばれる少なくとも一つのミラーを含む光学機器であって、前記主鏡が、入射する放射流束の瞬時変動を受けることができる活性表面を備える光学機器において、空洞の少なくとも一部分を形成するミラー周囲の堅固な内部ケーシング（２０）を前記空洞が備え、このケーシングが、入射する放射流束の瞬時変動を抑えるように熱慣性を有する材料から成り、それによってこの空洞の温度変動の制限と、その結果としてミラーの温度変動の制限を可能にすることを特徴とする光学機器。
2. 前記堅固な内部ケーシングが、ミラーに近いと定義される前記空洞の第一の部分（Ａ）にわたって延び、この部分が、前記空洞の全体長さｌよりも短い距離ｄまで前記ミラーから延びていることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 第一のケーシング（２０）がアルミニウム、又は高い熱慣性を有する任意の他の材料（例えばベリリウム）で作られることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の光学機器。
4. 前記第一のケーシング（２０）が約１ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の光学機器。
5. 前記空洞が、前記空洞の全周にわたり且つその底部すなわち前記ミラーの背後に置かれる断熱材から成る第二のケーシング（２１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学機器。
6. 前記第二のケーシングが前記第一をカバーし、および前記空洞の前記第一の部分（Ａ）を延長して前記第一と連続する第二の部分（Ｂ）を形成することを特徴とする請求項２及び５に記載の光学機器。
7. 前記第二のケーシング（２１）が多層保温（ＭＬＩ）構造から成ることを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
8. 前記ミラー及び前記堅固なケーシングの温度を制御するための能動的手段（６）及び（７）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学機器。

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