JP2500377B2 - 衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法 - Google Patents

衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法

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JP2500377B2
JP2500377B2 JP5348240A JP34824093A JP2500377B2 JP 2500377 B2 JP2500377 B2 JP 2500377B2 JP 5348240 A JP5348240 A JP 5348240A JP 34824093 A JP34824093 A JP 34824093A JP 2500377 B2 JP2500377 B2 JP 2500377B2
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JUSEISHO TSUSHIN SOGO KENKYUSHOCHO
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、通信や宇宙・地球の観
測を行う宇宙科学技術分野で利用される衛星搭載用の大
型アンテナの鏡面歪み測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電波大型アンテナの鏡面の歪みを測定す
る代表的な方法としては、光の干渉を利用する方法とパ
ルスレーザや変調CWレーザ等を用いた長さの測定(レ
ーザ測距)による方法、さらには逆反射器に2つの光線
を微小角度だけ異なった方向から入射させて逆反射器の
固定点での変位を求める方法がある。光の干渉を利用す
る方法は1波長以内では高精度が得られるが、ダイナミ
ックレンジが大きくとれないので鏡面が精度良く磨かれ
ている光学望遠鏡には有効であるものの、電波アンテナ
の鏡面歪み測定や調整には利用できない。一方、レーザ
測距は電波アンテナの鏡面測定に用いられているが一般
に精度は高々数mmであり、粗い測定はできるが1mm
以内の高精度の歪みの測定は困難である。また、2光線
入射による変位測定の方法は、鏡面上の点の絶対位置を
求めるものでないので、鏡面全体の形状推定が困難であ
る。
【0003】電波アンテナは地上のみならず、宇宙にお
いても通信や観測に用いられており、通信でのアンテナ
利得の増大や観測での高分解能化のための衛星搭載用ア
ンテナの大型化が新技術として研究開発されている。宇
宙用大型アンテナとして組立型、展開型等構造技術の研
究開発が進んでいる。しかし打上げ後の宇宙での鏡面測
定については、容易な測定方法が開発されていない。こ
れは、地上での測定方法を宇宙で適用するのは技術的に
容易でないからである。特にレーザ光等の光源を宇宙で
使用することは、打ち上げ時の振動や宇宙環境での寿命
の問題、さらには光源そのもののアライメント誤差が測
定誤差を与えるという問題があり、より有効な方法が待
たれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の大型アンテナの
鏡面歪み測定方法は地上では有効なものの、宇宙での実
現は技術的に難易度が高く確信の持てるものでなく、ま
必ずしも測定精度の高いものではなかった。そこで、
本発明は、大型アンテナの鏡面歪みを高精度に測定でき
ると共に、宇宙でも鏡面歪みを容易に測定できる大型ア
ンテナの鏡面歪み測定方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定
方法は、衛星搭載大型アンテナ(例えば、主鏡1および
副鏡2よりなるカセグレン型アンテナ)の主鏡面全体で
外部からの入射光4(例えば、地上からのレーザ光)を
受け、アンテナ主鏡面の複数箇所に散在させて設けた歪
み測定領域(例えば、主鏡面と同じ曲率を有する小型凹
面鏡3)で反射させて集光し、集光位置に配した影像セ
ンサ7により各歪み測定領域からの反射光5を同時に検
出してスポット像を取得するものとし、アンテナ主鏡面
を理想面とした状態で取得される基準スポット像と測定
時に取得したスポット像とのずれに基づいて、アンテナ
主鏡面の理想面からのずれを測定するものとした。
【0006】
【作用】衛星搭載アンテナの主鏡面に設けた各歪み測定
領域(小型凹面鏡や微小研磨領域)からの反射光は、
面が理想面(放物面)からずれている場合、集光点から
偏向することになり、反射光の方向の変化となる。反射
光を撮像センサで検出すると、この偏向はスポット像の
撮像面内での位置の変化となって検出されるので、その
変位から鏡面の歪みを求めることができるという原理で
ある。複数個の歪み測定領域を用いるが、入射光は主鏡
面全体を照射するので反射光によるスポット像は同一画
面上に同時に検出される。
【0007】
【実施例】次に本発明に係る光の反射及び撮像を利用し
衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法について、
宇宙及び地上での1実施例をとって詳細に説明する。
【0008】図1は、本発明に係る鏡面の歪み測定方法
を宇宙で具現化する装置の概略構成を示すものであっ
て、1は主鏡、2は副鏡(2は測定時の位置、2´は定
常位置)である。主鏡1の鏡面を測定するために複数箇
所に小型凹面鏡3を付着させ、入射光4を反射させる。
反射光5は特殊レンズ系6を経て撮像センサ7で検出さ
れる。また、上記特殊レンズ系6は、広角接眼レンズ
8、干渉フィルタ9、結像レンズ10より構成するもの
としてある。
【0009】入射光4としては、地上から発射されるC
W(連続波)レーザ光を光源として用いる。アンテナが
地球を指向できない場合は北極星等の恒星を光源として
用いる。いずれも、無限遠の点光源からの平面波が入射
し、その一部が主鏡面の微小部分で反射される。
【0010】小型凹面鏡3の曲率は主鏡の曲率と等しく
する。曲率の誤差はスポット像のぼやけとなるがスポッ
トの中心の位置の測定への影響は無視できる。小型凹面
鏡を主鏡面に付着する代わりに主鏡面の微小部分を光反
射用に研磨してもよい。反射面の個数は組立型アンテナ
の場合は各セグメントに1個というふうに、大型アンテ
ナの構成を考えて適当に定める。
【0011】特殊レンズ系6では、主鏡からの反射光5
の入射角が大きいので広角接眼レンズ8を用いる。特殊
レンズ系の位置は広角接眼レンズの焦点が主鏡の焦点と
一致するように定める。干渉フィルタ9は入射光4とし
てレーザ光を用いる場合のものであり、背景光(地球表
面やアンテナ表面からの太陽光散乱光)を除去するため
のものである。
【0012】図1の実施例はカセグレン型アンテナの場
合であり、副鏡の定常位置は2´であるが、反射光がけ
られるので工夫が必要である。この場合副鏡2を前後動
可能に配置し、副鏡の中央に小さな穴をあけて(カセグ
レンアンテナでは中央の微小部分は使用しないので問題
ない)、且つ鏡面測定時に副鏡を2の位置(主鏡の焦
点)までずらし、反射光5が特殊レンズ系6に入射する
ようにしている。測定時に副鏡を定常位置から主鏡側に
ずらすのも一つの方法である。副鏡をずらすことが困難
な場合は、小型凹面鏡4の裏面にテーパーをつけて傾け
て主鏡面に固定させ、6と7の受光部を副鏡の定常位置
2´より適度に後方に固定し、反射光5を副鏡2´の横
を通して特殊レンズ系6に入射させる。この場合、小型
凹面鏡4の曲率は焦点が長くなる分だけ大きくする。
【0013】オフセット型、パラボラ型のアンテナの場
合、主鏡の焦点には給電部が置かれる。この場合は焦点
の少し手前に小さな平面鏡をおいて反射光5を反射させ
て別の焦点をつくり、特殊レンズ系6に入れる。平面鏡
はハネアゲ・開閉式とし、主鏡面測定時のみ開き、他は
閉じて電波ビームを通すようにする。
【0014】撮像センサ7としてはCCD等を用いる。
主鏡面の歪み(理想面からの傾き)は撮像面内のスポッ
ト像の2次元座標での位置の変位(理想の位置からのず
れ)となって検出される。鏡面の歪み(傾き)△θと撮
像面でのスポット像の位置の変位△sとは数式1の関係
で表される。下記の表1に数式の各物理量に実用的な値
を入れて、鏡面の歪みの測定精度と測定限界を逆算して
示す。
【0015】
【数1】
【0016】
【表1】
【0017】表1には実用例として鏡面の歪みが精度5
×10−6rad、範囲2.5×10−3radで測定
できることが示されているが、この角度を長さにする
と、例えば1mにつき精度5μmで2.5mmまでの範
囲の鏡面の歪み測定が達成できることに相当する。鏡面
の歪み測定の精度と範囲は、数式1からも明らかなよう
に、特殊レンズ系6の結像レンズ10と接眼レンズ8の
焦点距離の比f/fを変える(撮像の倍率を変える
ことに相当する)ことによって自由に変えることができ
る。
【0018】光検出の強度については、恒星の光の検出
の場合、人間の目で恒星が見えると同様に、主鏡面の光
反射部分は目のレンズ程度の小さなものでも光検出が可
能である。また、レーザ光伝送については、地上からの
レーザ光は静止軌道上でも明るい星の光に相当し(例え
ば、出力5W、100μrad のビーム拡がりのアルゴン
レーザ光伝送で−2等星(金星程度)相当の明るさとな
る)、十分のSN比でスポット像が検出できる。低軌道
上の場合、距離が短い分さらに明るさが増すことにな
る。これらの光強度については、宇宙や光学の分野の研
究で明らかにされているので説明は省略する。
【0019】図2は、本発明に係る鏡面の歪み測定法を
地上で具現化する装置の概略構成を示すものであり、上
記図1の実施例と同様の構成については同一の符号を付
して説明を省略する。なお、副鏡2は定常位置に固定し
たまま用いるものとしてある。11は点光源である。
【0020】点光源11の距離が有限であるので、この
場合入射光4は球面波となる。特殊レンズ系6と撮像セ
ンサ7を主鏡の焦点より適当に後方に設置する。これら
の受光系の位置と点光源の位置は、主鏡の焦点距離を一
定にして幾何光学的に簡単に計算でき自由に選ぶことが
できる。地上の場合、宇宙と同様恒星の光を利用するこ
ともできる(この場合図1と同様になる)。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明の衛星搭載
型アンテナの鏡面歪み測定方法は、アンテナの主鏡の全
面を光で照射し、鏡面からの部分反射光を撮像し、鏡面
の歪みによる傾き角を撮像面でのスポット像の位置のず
れに変換して測定するという新しい光学手法を用い、
つ宇宙使用の場合光源を搭載しないので、地上のみなら
ず宇宙空間でも、大型アンテナの鏡面の歪みを高精度且
つ容易に測定することができる。また、取得した歪み値
に基づいて行うアンテナ主鏡面の調整も高精度且つ容易
に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法の宇
宙での使用方法を示した説明図である。
【図2】衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法の地
上での使用方法を示した説明図である。
【符号の説明】
1 主鏡 2 副鏡(2は測定時の位置、2´は定常位置) 3 小型凹面鏡 4 入射光 5 反射光 6 特殊レンズ歪 7 撮像センサ 8 広角接眼レンズ 9 干渉フィルタ 10 結像レンズ 11 点光源

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 衛星搭載大型アンテナのアンテナ主鏡面
    全体で外部からの入射光を受け、アンテナ主鏡面の複数
    箇所に散在させて設けた歪み測定領域で入射光を反射さ
    せて集光し、集光位置に配した撮像センサにより各歪み
    測定領域からの反射光を同時に検出してスポット像を取
    得するものとし、アンテナ主鏡面を理想面とした状態で
    取得される基準スポット像と鏡面歪み測定時に取得した
    スポット像とのずれに基づいて、アンテナ主鏡面の理想
    面からのずれを測定するようにしたことを特徴とする衛
    星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法。
  2. 【請求項2】 上記歪み測定領域は、アンテナ主鏡面と
    同じ曲率を有する小型凹面鏡をアンテナ主鏡面に付設す
    ることによって、形成するものとしたことを特徴とする
    請求項1に記載の衛星搭載大型アンテナの球面歪み測定
    方法。
  3. 【請求項3】 上記歪み測定領域は、アンテナ主鏡面の
    光反射率を高めた微小研磨領域を設けることによって、
    形成するものとしたことを特徴とする請求項1に記載の
    衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法。
JP5348240A 1993-12-24 1993-12-24 衛星搭載大型アンテナの鏡面歪み測定方法 Expired - Lifetime JP2500377B2 (ja)

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