JPH02268206A

JPH02268206A - 遠隔変位測定装置

Info

Publication number: JPH02268206A
Application number: JP8973589A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Hisada; 安正久田; Toshikatsu Akiba; 敏克秋葉; Yuji Tsutsumi; 堤　勇二
Original assignee: Toshiba Corp; National Space Development Agency of Japan
Current assignee: Toshiba Corp; National Space Development Agency of Japan
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1990-11-01
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JP2788281B2

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）本発明は、遠隔位置にある物体の面変位、例えば宇宙用
アンテナの反射鏡面精度等の測定に用いられる遠隔変位
測定装置に関する。

（従来の技術）宇宙空間で通信、放送、観測等に使用される宇宙用アン
テナとして、一般に面上のパラボラアンテナ（以侵、ア
ンテナという）が用いられている。このように、宇宙空
間で使用されるアンテナは、地上で一旦組立ててアンテ
ナの反射鏡面精度を測定した後、適宜な大きさに折り畳
んだり又は分割してコンパクト化し、宇宙空間で展開し
たり或いは組立てられるが、この際、再度アンテナの反
射鏡面精度の測定を行う必要がある。

前記した宇宙用アンテナのように、遠隔位置にある物体
の面変位の測定には、従来、例えば第３図、第４図及び
第５図に示すような遠隔変位測定装置が使用されている
。

第３図に示す装置では、被測定物であるアンテナの反射
鏡１００に反射体１０１が設けられ、光源１０２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１０
３を介して反射体１０１に入射させ、この反射体１０１
に入射した光が戻るまでの時間を計測し、変位演算部１
０４で反！）ｌ鏡１００の変位量を測定する。そして、
ミラー駆動装置１０５によりスキャンミラー１０３の傾
斜角度を変えることにより反射鏡１００の各測定点に光
を入射させ、各測定点における変位量を測定することが
できる。

しかしながら、この装置では、測定精度を強度変調によ
る光測距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４図に示す装置では、被測定物１１０に光源で
あるＬＥＤｌ　１１が設けられ、このＬＥＤｌｌｌから
照射される光をレンズ系１１２でビーム状の光とし、こ
のビーム状の光を分配ミラー１１３で光軸に直交する２
方向に分配し、それぞれレンズ１１４ａ、１１４ｂを介
して光センサ１１５ａ、１１５ｂ上に結像させ、被測定
物１１０の変位量を測定する。

しかしながら、この装置では、光源であるＬＥＤｌｌｌ
が被測定物１１０側に設けられているので、被測定物１
１０側に配線等を施さなければならず、しかも、光源が
ＬＥＤｌ　１１なので測定距離をあまり長くすることが
できず、測定精度を高めることができなかった。また、
被測定物１１０の測定点の数を増やすと、測定点の数に
見合う数のレンズ系１１２、分配ミラー１１３、レンズ
１１４ａ、１１４ｂ、光センサ１１５ａ、１１５ｂが必
要となり、装置が複雑になると共に部品点数が増加する
という問題があった。

また、第５図に示す装置では、被測定物１２０に反射体
１２１ａ、１２１ｂｆＪ（設けられていて、ＬＥＤ光源
１２２から反射された光を可動自在なハーフミラ−１２
３で反射させ、その光の広がりを利用して複数の反射体
１２１ａ　、１２１ｂに入射させる。そして、反射体１
２１ａ　、１２１ｂで反射したそれぞれの光を、エリヤ
ＣＣＤで構成されるスターセンサ１２４で受光して各反
射体１２１ａ、１２１ｂの位置を測定する。

しかしながら、この装置では、スターセンサ１２４の視
野角が広いために反射体１２１ａ、１２１ｂの変位量を
精度良く測定できなかった。

（発明が解決しようとする課題）前記したように、従来の遠隔変位測定装置では、被測定
物の測定点における変位を高精度に測定することができ
ず、また、被測定物側に光源（ＬＥＤ）を配置して被測
定物の変位を測定する場合では、被測定物側に光源の配
線等が必要となって装置が複雑になると共に、複数の装
置で各測定点の変位を、測定するので効率の良い測定が
できなかった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、遠距離
にある物体の変位を効率良く短時間で精度良く測定する
ことができる遠隔変位測定装置を提供しようとするもの
である。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）前記した課題を解決するために本発明は、ビ−ム光を放
射する光源と、該光源から放射されたビーム光を被測定
物方向に導く傾斜角度可変ミラーと、前記被測定物に配
置され前記傾斜角度可変ミラーを介して入射される前記
光源からのビーム光を前記被測定物の法線方向に対して
略直角に入射してその反射光を入射光と略平行に反射す
る少なくとも１個以上の反射部材と、前記光源と傾斜角
度可変ミラー間に配置され前記光源から放射されるビー
ム光を前記傾斜角度可変ミラー方向に透過すると共に、
前記傾斜角度可変ミラーを介して前記反射部材から入射
される反射光を光軸に対して垂直な平面上の水平方向と
垂直方向に分配するビームスプリッタと、該ビームスプ
リッタを透過して入力される反射光の水平方向と垂直方
向の変位をそれぞれ検出する一次元センサと、該一次元
センサにンサにそれぞれ入力される反射光の水平方向と
垂直方向の変位を拡大する光学径と、前記各一次元セン
サで検出される反射光の変位情報に基づいて前記被測定
物の測定点における変位量を演算する信号処理部と、前
記傾斜角度可変ミラーを駆動制御するミラー駆動制御部
と、前記被測定物の理想形状が記憶されている記憶部と
、前記光源から放射されるビーム光を前記傾斜角度可変
ミラーを介して前記反射部材へ入射される時の前記傾斜
角度可変ミラーのミラー角度を検出するミラー角度検出
部と、前記ミラー角度検出部で検出したミラー角度情報
と前記記憶部に記憶されている前記被測定物の理想形状
情報とを入力して前記被測定物の測定点における理想位
置を算出する演算部と、該演算部で算出された理想位置
情報とその時に前記信号処理部で算出された反射光の変
位量情報とを入力して前記被測定物の測定点における変
位量を算出する比較演算部とを具備する構成とした。

（作用）本発明によれば、被測定物の測定点に配置した反射部材
で反射される光源から照射されたビーム光の反射光を、
水平方向と垂直方向の変位をそれぞれ検出する一次元セ
ンサに入力して測定点での変位量を算出する。そして、
記憶部に被測定物の理想形状が記憶されているので、測
定時の傾斜角度可変ミラーのミラー角度より反射部材を
配置した被測定物の測定点での理想位置を算出して、前
記各一次元センサからの出力によって得られた測定点の
変位量と比較することにより、測定点の理想形状からの
変位量を測定できる。

（実施例）以゛下、本発明を図示の一実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係る遠隔変位測定装置を、宇宙空間
で再組立或いは展開されるパラボラアンテナの反射鏡面
の熱歪、振動等による変位の測定に適用した実施例を示
す構成図である。この図において、被測定物であるアン
テナの反射鏡面１側には、各測定点にそれぞれ反射部材
としてのコーナキューブリフレクタ２ａ、２ｂ、２Ｃ，
２ｄ。

２ｅ　、２ｆと、レーザ光源３から放射されるレーザ光
Ａ１を傾斜角度可変ミラー（以後、可変ミラーという）
４を介して各コーナキューブリフレクタ２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆに入射させる複数の反射体５ａ、
５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ。

５ｔとが不図示の取付手段によって配置されている。

コーナキューブリフレクタ２ａ、２ｂ、２ｃ。

２ｄ、２ｅ、２ｒは、入射光の入射角度が変化しても入
射光に平行に光を反射させ、且つ、コーナキューブリフ
レクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの位置が変
位した場合はその変位量に応じたずれを持って光を平行
に反射させる。支持ステー６で支持される複数の反射体
５ａ、５ｂ、５Ｃ，５ｄ、５ｅ、５ｆは、それぞれ各ｍ
ｌ−す一−１＝ユーブリフレクタ２ａ、　２ｂ、２０．
　２ｄ、　２ｅ。

２ｒに対応して、反射鏡面１の中心部に放射状に複数組
配置されている。また、反射体５ａ　、　５ｂ　。

５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｒは、レーザ光源３から放射され
るレーザ光Ａ１が、可変ミラー４及びいずれかの反射体
５ａ、５ｂ、５０．５ｄ、５ｅ、５ｆで反射して対応す
るコーナキューブリフレクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、
２ｅ、２ｆに入射するレーザ光（入射光）Ａ＋を、反射
鏡１の法線に対して略直角に入射するような位置と角度
で配設されている。

可変ミラー４は、ミラー駆動装置７の駆動によってその
ミラー角度を調節することができる。ミラー駆動装置７
には、ミラー駆動制御装置８とパワーアンプ９が接続さ
れており、コーナキューブリフレクタ２ａ、２ｂ、２ｃ
、２ｄ、２ｅ、２ｆを配置した各測定点に対応する可変
ミラー４のミラー角度をミラー駆動制御装置８で算出し
、パワーアンプ９を介してミラー駆動装置７へ駆動信号
を出力する。このように、ミラー駆動装置７、ミラー駆
動制ｉＩＩ装置８、パワーアンプ９とでミラー駆動制御
部が構成される。

レーザ光源３と可変ミラー４間には、一体に形成された
第１のビームスプリッタ１０ａと第２のビームスプリッ
タ１０ｂが配置されている。

ビームスプリッタ１０ａは、いずれかのコーナキューブ
リフレクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆで反射
されるレーザ光８！３から放射されたレーザ光Ａ１の反
射光Ａ２を、対応する反射体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、
５ｅ、５ｆと、可変ミラー４を介して入射する。ビーム
スプリッタ１０ｂは、ビームスプリッタ１０ｂに入射さ
れた反射光Ａ２を、光軸に対して垂直な平面上の水平方
向と垂直方向に分配する。

ビームスプリッタ１０ｂの前方には、分配された反射光
Ａ２の光軸に垂直な面の水平方向と垂直方向の変位をそ
れぞれ拡大するシリンドリカルレンズ１１ａ、１１ｂと
、拡大された水平方向と垂直方向の変位をそれぞれ測定
ブるための一次元センサであるリニアＣＣＤセンサ１２
ａ、１２ｂが配置されている。

１３は、２つのリニアＣＣＤセンサ１２ａ、１２ｂの出
力から反射光Ａ２の変位量、即ち、測定点の変位によっ
てずれる各コーナキューブリフレクタ２ａ、２ｂ、２ｃ
、２ｄ、２ｅ、　２［の位置を演算する信号処理部であ
る。また、１４は、反射鏡面１の理想形状が記憶されて
いる記憶部、１５は、可変ミラー４のミラー傾斜角度を
検出する位置検出部、１６は、記憶部１４と位置検出部
１５からそれぞれ出力される理想形状情報と測定点のミ
ラー角度情報から測定点の理想位置を算出する演算部、
１７は、信号処理部１３と演算部１６で１ｑられたそれ
ぞれの位置情報を比較して測定点の変位量を求める比較
演算部である。

次に、上記した遠隔変位測定装置の作用について説明す
る。

レーザ光源３から放射されたレーザ光Ａ１は、ビームス
プリッタ１０ａを透過して可変ミラー４に入射する。可
変ミラー４は、ミラー駆動装置７、ミラー駆動制御装置
８、パワーアンプ９により所定のミラー角度（即ち、各
反射体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｒにそれぞれ
レーザ光Ａ１が反射する角度）に位置決めされているの
で、レーザ光Ａ１は可変ミラー４で例えば反射体５ａへ
反射される。そして、反射体５ａで反射されるレーザ光
Ａ＋　は対応するコーナキューブリフレクタ２ａに入射
する。コーナキューブリフレクタ２ａに入射したレーザ
光（入射光＞Ａ＋　は、この入射光Ａ１と平行に、且つ
、コーナキューブリフレクタ２ａの変位（即ち、コーナ
キューブリフレクタ２ａを配置した測定点の熱歪、振動
等による変位）に応じたずれをもって反射する。コーナ
キューブリフレクタ２ａで反射したレーザ光（反射光〉
Ａ２は、再び反射体５ａ、可変ミラー４で反射されてビ
ームスプリッタ１０ａに入射し、更に、このビームスプ
リッタ１０ａで略全反射されてビームスプリッタ１０ｂ
に入射する。ビームスピリツタ１０ｂに入射した反射光
Ａ２は直交両方向に分配された後、一方はシリンドリカ
ルレンズｌｌａを通してリニアＣＣＤセンサ１２ａに入
射され、また、他方はシリンドリカルレンズ１１ｂを通
してリニアＣＣＤセンサ１２ａに入射される。このよう
に、シリンドリカルレンズｌｌａ、１１ｂによって反射
光Ａ２の水平方向と垂直方向の変位が拡大され、拡大さ
れたそれぞれの変位をリニアＣＣＤセンサ１２ａ、１２
ｂで検出するので測定精度が向上する。リニアＣＣＤセ
ンサ１２ａ、１２ｂでそれぞれ検出される反射光Ａ２の
水平方向と垂直方向の変位情報は信号処理部１３に入力
され、コーナキューブリフレクタ２ａを配置した測定点
の変位量、即ち、測定点の変位によってずれるコーナキ
ューブリフレクタ２ａの位置を演算する。

一方、ミラー角度検出部１５によって、この測定時の可
変ミラー４のミラー角度を検出して、演算部１６でその
時のミラー角度から幾何学的にコーナキューブリフレク
タ２ａを配置した測定点の位置を算出し、記憶部１４に
記憶されている反射鏡面１の理想形状情報を入力して測
定点における理想位置を算出する。そして、比較演算部
１７に、信号処理部で算出された反射光Ａ２の変位量情
報、即ち、測定点の変位によってずれるコーナキューブ
リフレクタ２ａの位置情報と、演算部１６で算出される
測定点の理想位置情報とを入力して比較演算することに
より、コーナキューブリフレクタ２ａを配置した測定点
の変位量が測定される。

コーナキューブリフレクタ２ａを配置した測定点の変位
測定が終了すると、可変ミラー４のミラー角度を所定の
角度に調節して前記同様に測定することにより、コーナ
キューブリフレクタ２ｂ。

２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆを配置した各測定点の変位量を
順次測定することができ、反射鏡面１全体の熱歪、振動
等による変位量を測定することができる。

尚、前記した実施例では、反射鏡面１の表面側の変位量
を直接測定したが、熱論、反射鏡面１の裏面１ａにコー
ナキューブリフレクタ２ａ　、　２ｂ　。

２Ｃ１２ｄ、２［と反射体５ａ　、５ｂ　、５Ｃ１５ｄ
、５ｅ、５ｆを配置して、反射鏡面１の裏面１ａ側から
反射鏡面１の表面側の変位量の測定も行うことができる
。

また、被測定物の種類や測定位置によっては、反射体５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｒを配置することなく
反射部材（コーナキューブリフレクタ）を測定点に配置
するだけで変位測定を行うことができる。

［発明の効果］以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、ビーム光を被測定物に配置した反射部材で反
射させて、その反射光の変位量から得られる測定の位置
と、予め記憶されている被測定物の測定点における理想
位置とを比較して被測定物の変位量を測定することがで
きるので、遠距離にある被測定物の変位を高精度に容易
に測定することができる。

また、被測定物の各測定点に配置される反射部材に対応
させて可変ミラーのミラー角度を調節することにより、
一つの測定系で複数の測定点の変位を順次測定すること
ができるので、効率良く測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アンテナの反射鏡面の変位測定に適用した本
発明に係る遠隔変位測定装置を示す構成図、第２図は、
第１図の要部を示す斜視図、第３図、第４図及び第５図
はそれぞれ従来の遠隔変位測定装置を示す概略図である
。１・・・反ｇＡｌｔ面２ａ、　２ｂ、２０．２ｄ、　２ｅ、　２ｆ−ｒ−ナキ
ュープリフレクタ３・・・レーザ光＋！［４・・・可変ミラー５ａ、５ｂ
、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ−・・反射体７・・・ミラー
駆動装置１０ａ、１０ｂ・・・ビームスプリッタ１１ａ１１１ｂ
・・・シリンドリカルレンズ１３・・・信号処理部　１
４・・・記憶部１５・・・位置検出部　１６・・・演算
部１７・・・比較演算部

Claims

【特許請求の範囲】

ビーム光を放射する光源と、該光源から放射されたビー
ム光を被測定物方向に導く傾斜角度可変ミラーと、前記
被測定物に配置され前記傾斜角度可変ミラーを介して入
射される前記光源からのビーム光を前記被測定物の法線
方向に対して略直角に入射してその反射光を入射光と略
平行に反射する少なくとも１個以上の反射部材と、前記
光源と傾斜角度可変ミラー間に配置され前記光源から放
射されるビーム光を前記傾斜角度可変ミラー方向に透過
すると共に、前記傾斜角度可変ミラーを介して前記反射
部材から入射される反射光を光軸に対して垂直な平面上
の水平方向と垂直方向に分配するビームスプリッタと、
該ビームスプリッタを透過して入力される反射光の水平
方向と垂直方向の変位をそれぞれ検出する一次元センサ
と、該一次元センサにそれぞれ入力される反射光の水平
方向と垂直方向の変位を拡大する光学系と、前記各一次
元センサで検出される反射光の変位情報に基づいて前記
被測定物の測定点における変位量を演算する信号処理部
と、前記傾斜角度可変ミラーを駆動制御するミラー駆動
制御部と、前記被測定物の理想形状が記憶されている記
憶部と、前記光源から放射されるビーム光を前記傾斜角
度可変ミラーを介して前記反射部材へ入射される時の前
記傾斜角度可変ミラーのミラー角度を検出するミラー角
度検出部と、前記ミラー角度検出部で検出したミラー角
度情報と前記記憶部に記憶されている前記被測定物の理
想形状情報とを入力して前記被測定物の測定点における
理想位置を算出する演算部と、該演算部で算出された理
想位置情報とその時に前記信号処理部で算出された反射
光の変位量情報とを入力して前記被測定物の測定点にお
ける変位量を算出する比較演算部とを具備したことを特
徴とする遠隔変位測定装置。