JPH01176907A

JPH01176907A - 遠隔変位測定装置

Info

Publication number: JPH01176907A
Application number: JP14088A
Authority: JP
Inventors: Tamane Ozawa; 小澤　珠音
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-05
Filing date: 1988-01-05
Publication date: 1989-07-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、遠隔位置にある物体の面変位、例えば宇宙
用アンテナ反射鏡の熱歪・振動などを測定する遠隔変位
測定装置に関する。

（従来の技術）近年、通信用もしくは放送用、観測用等の目的で使用さ
れる宇宙用アンテナは、例えば第６図に示すように、−
次放射器としての送信ホーン１０１、送信ホーン１０１
から発信される電波を反射する副反射鏡１０３、副反ｔ
ＪＪ鏡１０３で反射された電波を反射して所定の方向へ
放射づる主反射鏡１０５等からなり、大形構造物である
上に前記主反射鏡１０５の鏡面は、高い面積度が要求さ
れる。

ところで、このような宇宙用アンテナを宇宙空間へ設置
する際には、先づ地球上で適宜な大きさに折り畳んだり
あるいは分割してコンパクト化し、これを宇宙空間へ打
ち上げた後、展開したりあるいは組み立てて復元する。

そして、上記のように高い面精度が要求されるため宇宙
空間で復元したアンテナの主反射鏡１０５等の面精度を
高精度で測定することや、宇宙空間での激しい温度変化
によって生ずる熱歪等を高精度で測定することが必要と
なる。

遠隔位置にある物体の変位・振動等を測定する遠隔変位
測定装置としては、従来例えば第７図、第８図、第９図
に示すようなものがある。

第７図に示すものは、被測定物としてのアンテナの反射
鏡１０７に反射体１０９が設けられ、光源１１１から照
射されて強度変調がかけられた光をスキャンミラー１１
５を介して反射体１０９に入射させ、この反射体１０９
に入射した光が戻るまでの時間を計測し、変位演算部１
１７で反射鏡１０７の変形量を測定する。そして、ミラ
ー駆動装置１１９によりスキャンミラー１１５の傾斜角
度を変えることにより反射鏡１０７の各測定点に光を入
射させ、各測定点における変形量を測定することができ
る。

しかしながら、このような従来の装置にあっては、測定
精度を強度変調による光測路システムに依存しているた
め、満足な精度を得られないことがある。

また、第８図に示すものは、被測定物１２０に光源とし
てのＬＥＤ１２１が設けられ、このＬＥＤ１２１から照
射される光をレンズ装置１２３でビーム状の光とし、こ
のビーム状の光を分配ミラー１２５で光軸に直交する２
方向に分配し、それぞれレンズ１２７ａ　、１２７ｂを
介して光センサ１２９ａ　、１２９ｂ上に結像させ、被
測定物１２０の変形量を測定する。

このような従来の装置にあっては、光源としてのＬＥ［
）１２１が被測定物１２０側に設けられており、被測定
物１２０側に配線等を施さなければならない。また、こ
のＬＥＤｌ　２１のエネルギー源が消耗したときは、被
測定物１０７が遠隔位置にありエネルギーを補給するこ
とが困難なため、被測定物１０７の変位を測定すること
ができなくなるという問題がある。また、被測定物１９
７の測定点の数を増やすと、測定点の数に見合う数のレ
ンズ装置１２３、分配ミラー１２５、レンズ１２７ａ　
、１２Ｖｂ及び光センサ１２９ａ１１２９ｂからなる光
学系を必要とするため、装置が複雑になるとともに部品
点数が増加するという問題がある。

また、第９図に示すものは、太陽電池バドル１３１のセ
ツティング形状を測定するシステムで、面上にとりつけ
たコーナーキューブ１３３がらの反射光をスターセンサ
１３５で観測し、その位置を測定している。しかし、ス
ターセンサ１３５は星に対して機体全体がどちらの方向
へ向いているかを知るものであって視野角が広いため、
コーナーキューブ１３３の移動量が精度良く測定できな
いという問題がある。

（発明が解決しようとする課題）上記したように、強度変調による光測路システムやスタ
ーセンサを用いるシステムに依存すると、被測定物の変
位を高精度で測定することができない。

また、光源を被測定物側に設けると、被測定物側に配線
等を設けなければならない。光源のエネルギ源が消耗し
たときは遠隔位置にある物体の変位を測定することがで
きない。光源の位置を差動法により測定する構成では、
被測定物の測定点の数に見合う数の光学系を必要とし、
装置が複雑になるとともに部品点数が増加する。

そこでこの発明は、従来の遠隔変位測定装置の上記問題
点に着目してなされたもので、被測定物に光源を設ける
ことなく簡単な構成で遠隔位置にある物体の変形等を高
精度で測定することができる遠隔変位測定装置の提供を
目的とづる。

［発明の構成］（ａ！題を解決するための手段）この発明の遠隔変位測定装置は、ビーム状の光を照射す
る光源と、このビーム状の光を受けて反射する複数の反
射体と、被測定面に関して設けられ前記反射体で反射さ
れたビーム状の光を受けて平行に反射する複数の反射部
材と、この反射部材からの反射光の平行移動方向の位置
を検出する光位置検出手段とを有する遠隔変位測定装置
であって、前記反射部材への入射光線が前記被測定面の
法線方向に対してほぼ直角に入射する位置と直角に前記
反射体及び反射部材をセットすることを特徴とする特（作用）この発明の遠隔変位測定装置においては、光源からビー
ム状の光を照射すると、複数の反射体のいずれかを介し
て被測定面に関する反射部材に被測定面の法線方向に対
してほぼ直角に入射される。

反射部材から入射光と平行な光が反射され、この反射光
が前記反射体を介して光位置検出手段に入射され、光位
置検出手段が反射部材からの反射光の平行移動方向の位
置を検出する。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例に係わる遠隔変位測定装置
を宇宙用アンテナに実施した概略である。

前記宇宙用アンテナは、第６図と同様に、１次放射器と
しての送信ホーン、送信ホーンから放射された電波を主
反射鏡へ反射する副反射鏡、副反射鏡から入射′される
電波を反射して所定の方向へ放射する主反射鏡とから構
成され、前記副反射鏡は支持体によって支持されている
。

第１図において、複数の反射部材としてのコーナーキュ
ーブ１は、主反射鏡３の裏面３ａに接着等で固定され、
被測定面３ｂに関して設けられている。このコーナーキ
ューブ１は測定点を形成するもので、任意の個所に多数
配設され、入射した光を平行に反射する。

また、測定部５には、例えばビーム状の光を照射する光
源７．ハーフミラ−９、傾斜角度可変の走査ミラー１１
、各面の反射方向が異なる複数の反射体１３、及び光位
置検出手段としての二次元光位置センサ１５が配設され
ている。

ハーフミラ−９は光源７にＪ：るビーム状の光の照射方
向に対して４５°傾斜しており、二次元光位置センサ１
５は反射光と直交する方向、寸なわち反射光の平行移動
方向の平面を有している。

前記二次元光位置センサ１５は、信号処理部１７に接続
されている。信号処理部１７は、二次元光位置センサ°
１５が検出した信号をＸ、Ｙ方向の変位信号に変換する
とともに、コーナーキューブ１に対するビーム状の光の
入射角度や１反０ＡＩ３の形状からくる要因を加味して
所定の演算処理を行ない主反射鏡３の変位量として出力
する。

前記走査ミラー１１は、ハーフミラ−９と同一光軸を有
し、傾斜角度が可変に構成されている。

この走査ミラー１１は走査ミラー駆動装置１９の駆動に
よって傾斜角度が変えられるようになっている。

前記走査ミラー駆動装置１９は、走査ミラー駆動制御装
置２１及びパワーアンプ２３に接続されている。走査ミ
ラー駆動制御装置２１は、測定点に対応する走査ミラー
１１の傾斜角度を演算し、パワーアンプ２３を介して走
査ミラー駆動装＠１９に駆動信号を出力する。

前記反射体１３は、主反射鏡３の裏面３ａに取付けられ
ており、第２図のように複数枚が組２５となって複数組
２５・・・が主反射鏡３の裏面中央部に放射状に配置さ
れている。組２５は第３図のように支持ステー２７によ
って主反射鏡３の裏面３ａに固定されている。そして、
これら反射体１３はそれぞれ前記各コーナーキューブ１
に対応しており、走査ミラー１１及びいずれかの反射体
１３を反射して対応するコーナーキューブ１に入射され
る入射光線が、被測定面３ｂの法線方向に対してほぼ直
角に入射するように位置と角度がセットされている。

なお、上記走査ミラー駆動装＠１９として、磁気浮上式
位置決め装置（非接触式）を用いることにより、高精度
、高信頼性で走査ミラー１１の傾斜角度を変えることが
できる。

また、前記二次元光位置センサ１５として、ＣＣＤ撮像
素子を用いることにより、光点位置を高精度で検出する
ことができる。

次に作用を説明する。

光源７から照射されたビーム状の光は、ハーフミラ−９
を透過して走査ミラー１１に入射する。

走査ミラー１１は走査ミラー駆動装置１９により駆動さ
れ所定の傾斜角度で位置決めされているから、走査ミラ
゛−１１に入射した光は、設定された方向へ反射されて
複数の反射体１３のいずれかに入射する。反射体１３に
入射した光は該反射体１３で反射されて主反射鏡３の対
応するコーナーキューブ１に入射する。コーナーキュー
ブ１に入射した光は、この入射光と平行な方向に反射さ
れて反射体１３に向かう。この反射光は、反射体１３、
走査ミラー１１でそれぞれ反射されてハーフミラ−９に
入射し、該ハーフミラ−９で反射されて二次元位置セン
サ１５に入射する。この二次元光位置センサ１５が検出
した信号に基づいて信号処理部１７で演算処理が行なわ
れ、主反射鏡３の変位量として出力される。

二次元光位置センサ１５上に入射する反射光の位置゛は
、コーナーキューブ１の位置によって変化する。すなわ
ち、走査ミラー１１は、走査ミラー駆動制御装置２１で
駆動制御される走査ミラー駆動装置１９により、一つの
コーナーキューブ１に対して一定の傾斜角度に位置決め
されており、一つのコーナーキューブ１に対しては、同
じ角度で同じ位置にビーム状の光を入射させる。従って
、主反射鏡３が熱歪その他の影響を受け、コーナーキュ
ーブ１が第４図に示すように（ａ　）から（ｂ）へ位置
が変化すると、二次元光位置センサ１５が検出する反射
光の位置も変化する。

また、ビーム状の光がコーナーキューブに入射する時に
、この入射光が第５図（ａ　）の様に被測定面３ｂの法
線方向に対して、はぼ直角でないとすると、被測定面３
ｂが矢印Ａの面内方向に変形した場合にも、変位量Δ愛
１が測定される。しかし主反射鏡３の被測定面３ｂは面
内方向に変形しても、反射性能には大きな変化はないの
で、この様な変形は測定する必要がない。むしろ、この
様な変形による出力が、アンテナの反射性能に大きく影
響する法線方向の変形と分離できないためのデメリット
が大きい。そこで上記のように構成して第５図（ｂ　）
、（Ｃ）の様に、入射光線が被測定面３ｂの法線方向に
対してほぼ直角に入射する様にすると、第５図（ｂ　）
の様に面内の変形に対しては感度が低（（へ愛２）、第
５図（Ｃ）の様に面の法線方向に対してほぼ直角方向く
矢印Ｂ）の変形には、敏感（Δ愛３）になるので、被測
定面３ｂの法線方向とほぼ直角方向の変形のみ測定でき
る様になる。なお、第５図中実線は主反射鏡３の変形前
、破線は同変形後を示す。

走査ミラー１１の傾斜角度を変えて別のコーナーキュー
ブ１にビーム状の光を入射させることにより、主反射鏡
３の異なった位置の変位量を測定することができる。

このように、被測定面側に光源を設けることなく、その
上−つの光学系のみの簡単な構造で被測定面の変位量を
高精度に測定することができる。

また上記実施例では、主反射鏡３の変位量を連続して何
回か測定することにより、主反射鏡３の時間的な形状変
化を知ることができるので、主反射鏡３表面の振動の様
子を観測することができる。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、被測定物に光源
を設けることなく簡単な構成で遠隔位置にある物体の変
形等を高精度で測定することができる。さらに、一つの
光学系のみの簡単な構成で、多数の測定点の変形量を測
定することができる。また、被測定面の様々な方向の変
位の中から、面の法線方向の変位を測定でき、より高精
度な測定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は宇宙用アンテナに実施したこの発明の第１の実
施例に係わる遠隔変位測定装置の概略図、第２図、第３
図は反射体の取付状態を示す正面図、第４図はコーナー
キューブの反射状態を示す説明図、第５図はコーナーキ
ューブへの光の入射方向と測定値との関係を示す説明図
、第６図は図宇宙用アンテナの一例を示す斜視図、第７、第８へ図、第９図は従来例に係わる遠隔変位測定装置の概略図
である。１・・・コーナーキューブ（反射部材）３・・・主反射
鏡３ｂ・・・被測定面７・・・光源１３・・・反射体

Claims

【特許請求の範囲】

ビーム状の光を照射する光源と、このビーム状の光を受
けて反射する複数の反射体と、被測定面に関して設けら
れ前記反射体で反射されたビーム状の光を受けて平行に
反射する複数の反射部材と、この反射部材からの反射光
の平行移動方向の位置を検出する光位置検出手段とを有
する遠隔変位測定装置であって、前記反射部材への入射
光線が前記被測定面の法線方向に対してほぼ直角に入射
する位置及び角度に前記反射体及び反射部材をセットし
たことを特徴とする遠隔変位測定装置。