JPH03264911A - Light beam control mechanism - Google Patents

Light beam control mechanism

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JPH03264911A
JPH03264911A JP6489590A JP6489590A JPH03264911A JP H03264911 A JPH03264911 A JP H03264911A JP 6489590 A JP6489590 A JP 6489590A JP 6489590 A JP6489590 A JP 6489590A JP H03264911 A JPH03264911 A JP H03264911A
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JP
Japan
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axis
light beam
gimbal
drive
axis gimbal
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Application number
JP6489590A
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Japanese (ja)
Inventor
Miyao Shiina
椎名 宮雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03264911A publication Critical patent/JPH03264911A/en
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Abstract

PURPOSE:To allow an assured tracking, etc., in optical communication by using a voice coil type motor by mounting a mirror for controlling light beam which deflects the light beam past an aperture in the biaxial directions X-Y to the rear surface of a Y-axis gimbal. CONSTITUTION:A control current flows perpendicularly to the magnetic flux by a permanent magnet 10 of the X-axis gimbal 6 when the control current is applied to the coil 4 for driving the X-axis gimbal of a non-friction bearing driving part 2 of a stationary base 1. The driving torque rotating around the X-axis is, therefore, generated by an elastic pivot 3 as the voice coil type motor by Fleming's left-hand rule. The permanent magnet 10 generates the driving torque in the same direction around the X-axis at all times in this case. The X-axis gimbal 6 is controlled in rotation without friction in the X-axis gimbal 6 is controlled in rotation without friction in the X-axis in such a manner. The light beam control mechanism which allow the taking of a wider control range, has the resolving power equiv. to the resolving power of a piezoelectric element and is adequate for space communication machines is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概  要] 宇宙光通信衛星間の捕捉・追尾技術等に使用される光ビ
ーム制御l!横に関し、 ボイスコイル型モータを使って光通信での捕捉・追尾等
を行うことができる光ビーム制御機構を実現することを
目的とし、 X軸方向に相対して隔離配置され、各々が弾性ピボット
とジンバル駆動用コイルとを有する二つの無摩擦軸受・
駆動部を固定した固定台と、各無摩擦軸受・駆動部に支
持され、該ジンバル駆動用コイルと鎖交する磁束を発生
してX軸の回転方向に駆動トルクを発゛生ずるように各
′@摩擦軸受・駆動部と係合する永久磁石及びヨークか
ら戊る二つの磁気回路部を相対して設けると共に該無摩
擦軸受・駆動部と同一構成の二つの無摩擦軸受・駆動部
をY軸方向に相対して隔離配置したX軸ジンバルと、該
X軸ジンバルの各無摩擦軸受・駆動部の弾性ヒボントに
より懸垂され且つそのジンバル駆動用コイルと鎖交する
磁束を発生してY軸の回転方向に駆動トルクを発生する
ように配列された永久磁石及びヨークから成る磁気回路
部を固定したY軸ジンバルとを備え、該固定台に設けた
開口部からの光ビームを該Y軸ジンバルの裏面に設けた
光ビーム制御用ミラーでX−Yの2軸方向に偏向させる
ように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Optical beam control used for acquisition and tracking technology between space optical communication satellites! Regarding the lateral side, the aim is to realize a light beam control mechanism that can perform capture and tracking using optical communication using a voice coil type motor. and a gimbal drive coil.
Each ' @Two magnetic circuit parts, which are cut out from the permanent magnet and yoke that engage with the frictionless bearing/driver, are provided facing each other, and two frictionless bearings/drivers having the same configuration as the frictionless bearing/driver are mounted on the Y axis. The X-axis gimbal is placed in isolation in a direction opposite to each other, and the X-axis gimbal is suspended by the elastic hinges of the frictionless bearings and drive parts of the X-axis gimbal, and generates a magnetic flux that interlinks with the gimbal drive coil to rotate the Y-axis. A Y-axis gimbal is equipped with a fixed magnetic circuit section consisting of permanent magnets and yokes arranged so as to generate a driving torque in the direction, and a light beam from an opening provided in the fixed base is directed to the back surface of the Y-axis gimbal. The beam is configured to be deflected in two axial directions of X and Y by a light beam control mirror provided in the.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は光ビーム制御機構に関し、特に宇宙光通信衛星
間の捕捉・追尾技術等に使用される光ビーム制御機構に
関するものである。
The present invention relates to a light beam control mechanism, and more particularly to a light beam control mechanism used in acquisition and tracking technology between space optical communication satellites.

宇宙光通信は、大容量の衛星間通信、あるいは深宇宙に
おける通信手段として、近年、注目されつつあるもので
ある。
Space optical communication has been attracting attention in recent years as a means of high-capacity inter-satellite communication or communication in deep space.

宇宙光通信を確立するためには、いくつかの技術課題を
克服する必要があり、その一つが光ビームの制御技術で
ある。この場合の光ビームの制御とは、光通信の相手方
である相手衛星と、自衛星との相対的な動きに合わせて
、相手衛星の方向に精確に光ビームを指向させて捕捉(
ボインティング)・追尾(トラッキング)することであ
る。光は電波に比して波長が短く、大容量通信が可能な
反面、通信衛星間の捕捉・追尾を行うためには極めて高
精度のビーム制御が求められる。
In order to establish space optical communications, it is necessary to overcome several technical issues, one of which is light beam control technology. In this case, controlling the light beam means accurately directing the light beam in the direction of the other satellite in accordance with the relative movement between the other satellite, which is the other party of optical communication, and the own satellite.
Pointing) and tracking. Although light has a shorter wavelength than radio waves and is capable of large-capacity communications, extremely high-precision beam control is required to capture and track communication satellites.

即ち、宇宙光通信実現のマイルストーンとして、第5図
に示すように、先ず静止衛星(GEO)と低軌道衛星(
LEO)との光通信を考えると、GEOとLEOの地球
に対する軌道上の速度V6VLは、各々次の近似式で与
えられる。
In other words, as a milestone for the realization of space optical communications, as shown in Fig.
Considering optical communication with GEO and LEO, the orbital velocities V6VL of GEO and LEO with respect to the earth are given by the following approximate expressions.

vG=r丁7]了T1τ下:GEO Vt −u   r + ht )  : LEO但し
、重力定数μ=398,6(131al’/s”、地球
半径r=6.378 kllである。
vG=r7] T1τ lower: GEO Vt −ur + ht ) : LEO However, the gravitational constant μ=398,6 (131al'/s", and the radius of the earth r=6.378 kll.

上記の式に基づき、GEO,LEOの軌道に関する値は
おおよそ次表のようになる。
Based on the above formula, the values regarding the orbits of GEO and LEO are approximately as shown in the following table.

表 また、GEOから見たLEOの相対角速度ω。table Also, the relative angular velocity ω of LEO as seen from GEO.

は、両衛星が同し軌道面にあるとすれば、CO3ω、Δ
t= (r+ h s)−(r+ h L)CO5(ωL−(
LI G)Δ t÷[((r+h*)”+(r+hL)
”2(r+hJ(r+hL)CO5(ωt−ωc)Δt
) ] +/Zで与えられる。尚、最大角速度は、 Maxcω、) =0.012(deg/5)hL=l
、000k11 となる。
If both satellites are in the same orbital plane, CO3ω, Δ
t= (r+h s)-(r+h L)CO5(ωL-(
LI G)Δt÷[((r+h*)”+(r+hL)
”2(r+hJ(r+hL)CO5(ωt-ωc)Δt
) ] is given by +/Z. The maximum angular velocity is Maxcω, ) =0.012(deg/5)hL=l
, 000k11.

ここで、GEO−LEO間の光の往復時間は約0.25
秒であり、LEOのビーコン光をGEOが受信してLE
Oの方位を求め、その方位に光ビームを向けて制御され
たGEOのビーコン光がLEOに到達するまでには、処
理遅延が全くないとしてもLEOは最大2鵬移動してい
ることになる。
Here, the round trip time of light between GEO and LEO is approximately 0.25
seconds, GEO receives LEO's beacon light and
By the time the GEO beacon light, which is controlled by determining the direction of O and directing the light beam in that direction, reaches LEO, LEO will have moved a maximum of 2 degrees even if there is no processing delay.

一方、ビーコン光の回折角θ4は、 0m−2,44Xλ/D(λは使用波長、Dはアンテナ
径)で与えられるから、λ=0.8 μm、D”’30
C+lの回折限界までビーコン光を絞っても、θ6=6
.5 μrad となり30cm径の光ビームは40 
、0OOkn+離れると260mにまで広がることにな
る。
On the other hand, the diffraction angle θ4 of the beacon light is given by 0m-2,44Xλ/D (λ is the wavelength used and D is the antenna diameter), so λ=0.8 μm, D"'30
Even if the beacon light is narrowed down to the diffraction limit of C+l, θ6=6
.. 5 μrad, and a light beam with a diameter of 30 cm is 40 μrad.
, 0OOkn+, it will spread to 260m.

この場合、100−の半導体レーザを使用したとすると
、途中の伝播損失を零としても受信パワーは0.13μ
−に減少する。
In this case, if a 100-μm semiconductor laser is used, the received power will be 0.13μ even if the propagation loss is zero.
− decreases to

従って、捕捉・追尾を容易にするためビーム幅を広げる
のは受信パワーの点で限界があるが、光ビームの制御範
囲は、アンテナブームの熱歪み、姿勢揺動等のランダム
誤差を吸収するためには、ビーム拡がり角の1710程
度まで求められ、この場合には1urad近傍の極めて
高い精度の制御が必要となる。
Therefore, widening the beam width to facilitate acquisition and tracking has a limit in terms of received power, but the control range of the optical beam is limited to absorbing random errors such as thermal distortion of the antenna boom and attitude swing. In this case, a beam divergence angle of about 1710 degrees is required, and in this case extremely high precision control of around 1 urad is required.

〔従来の技術とyA題〕[Conventional technology and yA problem]

従来より、この種の捕捉・追尾技術を行うための光ビー
ム制御方式としては電気的な方式と機械的な方式とが考
えられているが、前者の電気的な方式では機械的な可動
部分がないという利点を有するが、制御範囲が狭く実現
性の点でも技術的課題が多い。
Traditionally, electrical and mechanical methods have been considered as optical beam control methods for performing this type of capture and tracking technology, but the former electrical method requires mechanically movable parts. However, the control range is narrow and there are many technical problems in terms of feasibility.

一方、後者の機械的な方式としては、回転型モータ、ボ
イスコイル型モータ(VCM)、及び圧電素子等が提案
されてきているが、回転型モータは広範囲のビーム制御
ができる反面、分解能不足と軸受部のll!擦が問題で
あり、また、圧電素子は回転型モータと7度反対の関係
にある。
On the other hand, rotary motors, voice coil motors (VCM), and piezoelectric elements have been proposed as mechanical methods for the latter, but although rotary motors can control beams over a wide range, they lack resolution. The bearing part! Rubbing is a problem, and the piezoelectric element is in a 7 degree opposite relationship with the rotary motor.

一方、ボイスコイル型モータは、@御範囲では回転型モ
ータに及ばないものの、圧電素子よりは広く取れ、分解
能もそれに匹敵すると共に軸受部を無摩擦にできるとい
う利点を有している。
On the other hand, voice coil type motors, although not as good as rotary type motors in terms of control range, have the advantage that they can be wider than piezoelectric elements, have comparable resolution, and can have frictionless bearings.

従って、本発明は、ボイスコイル型モータを使って光通
信での捕捉・追尾等を行うことができる光ビーム制WI
Il構を実現することを目的とする。
Therefore, the present invention provides an optical beam control system that uses a voice coil motor to perform capture and tracking in optical communication.
The purpose is to realize an Il structure.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

第1図は、上記の目的を達成するための本発明における
X−Y2軸マウント方式のボイスコイル型モータの光ビ
ーム制?11機構の全体構成を示したものである。
FIG. 1 shows the optical beam system of the voice coil type motor of the X-Y two-axis mounting type according to the present invention to achieve the above object. 11 shows the overall configuration of the 11 mechanism.

図において、最下部は、2軸マウント方式によるジンバ
ルの固定台lである。この固定台1には、光ビーム径に
応じた開口部5(図では4角だが、円形開口でも勿論差
支えない)、並びに最上部のX軸ジンバル6を支持する
無摩擦軸受・駆動部2がX軸方向に一定間隔だけ離れて
設けられている。
In the figure, at the bottom is a gimbal fixing base l using a two-axis mounting method. This fixed base 1 has an aperture 5 (a square aperture in the figure, but a circular aperture may also be used) according to the diameter of the light beam, and a frictionless bearing/drive unit 2 that supports the X-axis gimbal 6 at the top. They are provided at a constant interval in the X-axis direction.

この無摩擦軸受・駆動部2は、公知で容易に入手可能な
弾性ピボット3とX軸ジンバル6を駆動するためのコイ
ル4とで構成されている。尚、この弾性ピボット3につ
いては、実願平1−1447号でも開示されたものを使
用することができる。
This frictionless bearing/drive unit 2 is composed of a known and easily available elastic pivot 3 and a coil 4 for driving an X-axis gimbal 6. As for the elastic pivot 3, the one disclosed in Utility Model Application No. 1-1447 can also be used.

X軸ジンバル6には、固定台lの無摩擦軸受・駆動部2
に対応して第2図に示すように、永久磁石8とヨーク9
から成る二つの磁気回路部10、及び固定台1と同し構
造の無!m軸受・駆動部11が図示のようにX軸と直交
したY軸方向に一定間隔を置いて配列されている。
The X-axis gimbal 6 has a frictionless bearing/drive unit 2 on the fixed base l.
As shown in FIG. 2, the permanent magnet 8 and the yoke 9
There are two magnetic circuit parts 10 consisting of the same structure as the fixed base 1! As shown in the figure, m-bearing/driving units 11 are arranged at regular intervals in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis.

X軸ジンバル6の磁気回路部10は、第2図に示すよう
に、永久磁石8とヨーク9との間隙部にX軸ジンバル駆
動コイル4が入り込んで磁石8の磁束の方向が各々反対
の向きになるよう、例えばN−5の極性が反対の二つの
磁石から戒っており、その間隙部においてコイル4中を
流れるt流と鎖交する磁束とによる、弾性ピボット3の
回転方向に発生する駆動トルクが互いに同一方向に生し
るようにしている。
As shown in FIG. 2, in the magnetic circuit section 10 of the X-axis gimbal 6, the X-axis gimbal drive coil 4 is inserted into the gap between the permanent magnet 8 and the yoke 9, so that the directions of the magnetic flux of the magnets 8 are opposite to each other. For example, the polarity of N-5 is set from two magnets with opposite polarity, and in the gap between them, a magnetic flux is generated in the rotation direction of the elastic pivot 3 due to the t current flowing through the coil 4 and the interlinking magnetic flux. The driving torques are generated in the same direction.

中央部のY軸ジンバル13は、X軸ジンバル6の無摩擦
軸受・駆動部11の弾性ピボット3により懸垂される形
で支持され、Y軸方向に配列された二つの磁気回路部1
4を有する。この磁気回路部14は、X軸ジンバル6の
磁気回路部10と同一構成のものである。
The Y-axis gimbal 13 in the center is supported in a suspended manner by the elastic pivot 3 of the frictionless bearing/drive section 11 of the X-axis gimbal 6, and has two magnetic circuit sections 1 arranged in the Y-axis direction.
It has 4. This magnetic circuit section 14 has the same configuration as the magnetic circuit section 10 of the X-axis gimbal 6.

そして、更に、固定台1の開口部5を経由した光ビーム
をX−Yの2軸方向に偏向させる光ビーム制御用のミラ
ー15がY軸ジンバル13の裏面に取り付けられている
Further, a light beam control mirror 15 is attached to the back surface of the Y-axis gimbal 13 for deflecting the light beam that has passed through the opening 5 of the fixed base 1 in two axial directions of X and Y.

〔作   用〕[For production]

第1図において、例えば固定台lの無摩擦軸受・駆動部
2のX軸ジンバル駆動用コイル4に制御電流が与えられ
ると、第2図に示すように、この制御電流はX軸ジンバ
ル6の永久磁石10による磁束に直角に流れるので、フ
レミングの左手の法則によりボイスコイル型モータとし
て弾性ピボント3によりX軸を中心に回転する駆動トル
クを発生する。この場合、永久磁石10は常にX軸を中
心とした同一方向の駆動トルクを発生する。
In FIG. 1, for example, when a control current is applied to the X-axis gimbal drive coil 4 of the frictionless bearing/drive unit 2 of the fixed base l, this control current is applied to the X-axis gimbal drive coil 4 as shown in FIG. Since the magnetic flux flows perpendicularly to the magnetic flux generated by the permanent magnet 10, a driving torque is generated to rotate around the X axis by the elastic pivot 3 as a voice coil type motor according to Fleming's left hand rule. In this case, the permanent magnet 10 always generates a driving torque in the same direction around the X-axis.

このようにしてX軸ジンバル6はX軸方向に無摩擦で回
転制御される。
In this way, the X-axis gimbal 6 is rotationally controlled in the X-axis direction without friction.

同様にして、Y軸ジンバJし13についても、X軸ジン
バル6の無摩擦軸受・駆動部11のY軸ジンバル駆動用
コイル12に制御電流が与えられると、Y軸を中心に回
転する駆動トルクを発生し、Y軸ジンバル13はY軸方
向に無摩擦で回転制御される。
Similarly, regarding the Y-axis gimbal J13, when a control current is applied to the Y-axis gimbal drive coil 12 of the frictionless bearing/drive unit 11 of the X-axis gimbal 6, the drive torque that rotates around the Y-axis is generated, and the Y-axis gimbal 13 is rotationally controlled in the Y-axis direction without friction.

従って、固定台1の開口部5を介して入力する光ビーム
を、Y軸ジンバル13の裏面に取り付けたξシー15が
χ−Y軸の2軸方向に偏向させることができる。
Therefore, the ξ sheath 15 attached to the back surface of the Y-axis gimbal 13 can deflect the light beam input through the opening 5 of the fixed base 1 in the biaxial directions of the χ-Y axes.

〔実 施 例〕〔Example〕

第3図は、本発明に係る光ビーム制御機構を用いた光学
系全体の基本構成が示されており、21はボインティン
グ・ミラーであり、駆動部2223に光アンテナ(図示
せず)の方位角(α、βT)を地上局又は衛星搭載の処
理系から与えることによりその方位が制御されるように
なっている。
FIG. 3 shows the basic configuration of the entire optical system using the light beam control mechanism according to the present invention, in which 21 is a pointing mirror, and a drive unit 2223 is used to control the direction of an optical antenna (not shown). The orientation is controlled by providing angles (α, βT) from a ground station or a processing system mounted on the satellite.

24は両面反射ミラー、25は放物面鏡ビームエキスパ
ンダー、26は地上局又は衛星のオン・ボードからの制
御信号により制御されるトラ・7キング・ミラー、27
〜30はビームスプリンタ、31〜33は集光レンズ、
34は通信用光検出器、35は2次元CCD、36は反
射ミラー、37は4象限光センサ、38はポイントアヘ
ッド・ミラーであり、第1図及び第2図に示した本発明
の光ビーム制御ll1l樽の光ビーム制御ミラー15に
相当するものである。
24 is a double-sided reflective mirror, 25 is a parabolic mirror beam expander, 26 is a tiger 7 king mirror controlled by a control signal from the ground station or on-board of the satellite, 27
-30 is a beam splinter, 31-33 is a condensing lens,
34 is a communication photodetector, 35 is a two-dimensional CCD, 36 is a reflection mirror, 37 is a four-quadrant optical sensor, and 38 is a point-ahead mirror, and the light beam of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 This corresponds to the light beam control mirror 15 of the control barrel.

また、39及び40はコリメータ・レンズ、41はビー
コン光を発する半導体レーf (LD)、42は反射ミ
ラー、43は通信用LDである。
Further, 39 and 40 are collimator lenses, 41 is a semiconductor laser f (LD) that emits beacon light, 42 is a reflecting mirror, and 43 is a communication LD.

第4図は、第3図に示した光学系の制御系統の一実施例
を示したものであり、第1図及び第2図に示した光ビー
ム制御@構のX帖ジンバル駆動用コイル4(又はY軸ジ
ンバル駆動用コイル12)であるボイスコイルモータ(
以下、便宜上、■CM4として示す)はポイント・アヘ
ッド指令値を受けて例えばPID補償制御を行うコント
ローラ51と駆動回路52とVCM4の偏向センサ53
とにより制御されるようになっている。尚、この指令値
は、衛星間の距離による光の伝播遅延を補償して光ビー
ムを所望の精度で目標衛星に指向させるために移動方向
の前方の予測位置にビームを向けなければならなず、こ
の移動前方の予測位置に見合った予測角を指示するもの
で、地上から又は衛星のオンボード指示により与えられ
る。
FIG. 4 shows an embodiment of the control system of the optical system shown in FIG. 3, and shows an example of the control system for the optical system shown in FIG. (or Y-axis gimbal drive coil 12) is the voice coil motor (
(hereinafter referred to as CM4 for convenience) are a controller 51, a drive circuit 52, and a deflection sensor 53 of the VCM4, which perform, for example, PID compensation control in response to a point-ahead command value.
It is now controlled by. Note that this command value must be used to direct the beam to the predicted position ahead in the direction of movement in order to compensate for the propagation delay of light due to the distance between the satellites and direct the light beam to the target satellite with the desired accuracy. , which indicates a predicted angle commensurate with the predicted position ahead of the movement, and is given from the ground or by onboard instructions from the satellite.

また、受信光ビームの視線角θ7゜、と受信側の視線角
θLO5との差分信号は、ボインティング・センサとし
てのCCDセンサ71とトラッキング・センサとしての
4象限センサ72とに送られ、その出力信号に基づいて
センサ信号処理部73がモーロ選択信号を発生してスイ
ッチ74を捕捉・追尾モード又は初期捕捉モードに切り
換えるようになっている。
Further, a difference signal between the line-of-sight angle θ7° of the received light beam and the line-of-sight angle θLO5 on the receiving side is sent to a CCD sensor 71 as a pointing sensor and a four-quadrant sensor 72 as a tracking sensor, and its output is Based on the signal, the sensor signal processing section 73 generates a Moro selection signal and switches the switch 74 to the acquisition/tracking mode or the initial acquisition mode.

このモード選択スイッチ74のスイッチ位置は最初は初
期捕捉位置に設定され、コントローラ54及び電圧i[
55によって制御されてトランキング・ミラー26を駆
動する圧電アクチュエータ56によるトラッキング動作
から切り離されている。
The switch position of this mode selection switch 74 is initially set to the initial acquisition position, and the controller 54 and the voltage i [
It is separated from the tracking operation by the piezoelectric actuator 56, which is controlled by the piezoelectric actuator 55 and drives the trunking mirror 26.

即ち、初期捕捉モードは、宇宙空間での光回線形成の初
期段階において狭い視野の中に初めて目標衛星を捕捉す
るためのモードであり、地上又はオンボードからの相手
衛星の視線を予測した3次元座標軸情報から導出した角
度指令値に基づいて、目標値発生器57で変換されたト
ルク指令値U。
In other words, the initial acquisition mode is a mode to acquire the target satellite for the first time within a narrow field of view at the initial stage of forming an optical link in space, and is a 3D acquisition mode that predicts the line of sight of the other satellite from the ground or onboard. The torque command value U is converted by the target value generator 57 based on the angle command value derived from the coordinate axis information.

(1)を、駆動回路58.直流モータ59.積分器6O
,ゲイン制御器61.状態推定器62.及びゲイン制御
器63で構成されたループによりボインティング・ミラ
ー24を動作させるモードである。
(1), the drive circuit 58. DC motor59. Integrator 6O
, gain controller 61. State estimator 62. In this mode, the pointing mirror 24 is operated by a loop composed of the gain controller 63 and the gain controller 63.

このループでは、トルク指令値u c (t)を受けた
駆動回路58が直流モータ59によってボインティング
・ミラー24を角度制御し、その現在の角度位置を示す
信号θ、を目標値57からの角度指令値θc(1)より
引くことにより目標角度に対する偏差θ、を求め、これ
を積分器60で積分し、ゲイン制御器61で一定のゲイ
ンを与える一方、偏差θ、に基づいて状態推定器62が
その偏差を無くすためのモータ59の位置/速度をモデ
ルで推定(D補償)してゲイン回路63により一定のゲ
インを付加してゲイン回路61の出力とマイナスの加算
を行うことにより、推定誤差トルクを発生し、トルク指
令値uc(j)との差分が再び駆動回路58に与えられ
る。
In this loop, the drive circuit 58 that has received the torque command value u c (t) controls the angle of the pointing mirror 24 using the DC motor 59, and changes the angle from the target value 57 to the signal θ, which indicates its current angular position. The deviation θ with respect to the target angle is obtained by subtracting it from the command value θc(1), this is integrated by an integrator 60, and a constant gain is given by a gain controller 61. Based on the deviation θ, a state estimator 62 In order to eliminate the deviation, the position/speed of the motor 59 is estimated by the model (D compensation), a constant gain is added by the gain circuit 63, and a negative addition is performed with the output of the gain circuit 61 to eliminate the estimation error. Torque is generated, and the difference from the torque command value uc(j) is given to the drive circuit 58 again.

このようなループのポインティング動作では指令値が大
きいため、主としてボインティング・ミラー24しか動
作しない、このボインティング・ミラー24は、LE○
が極軌道衛星の場合には、±180度の走査が必要とな
り、大きな偏向角の取れないトラッキングミラー26で
は置き換えができないため用いられている。
In such a loop pointing operation, since the command value is large, only the pointing mirror 24 is operated.This pointing mirror 24 is
In the case of a polar orbit satellite, scanning of ±180 degrees is required, and the tracking mirror 26, which cannot take a large deflection angle, cannot be used as a replacement, so it is used.

この初期捕捉については、既に本出願人により特願平1
−62892号において開示されている。
Regarding this initial acquisition, the present applicant has already filed a patent application for
-62892.

相手衛星の送信光ビームが受信できてこの初期捕捉動作
が終了すると、地上又はオンボード指令によりモード選
択スイッチ74が、センサ信号処理部73により捕捉・
追尾モードの側、即ち、CCDセンサ71の出力を選択
する捕捉モードに切り替えられる。
When the transmission light beam of the partner satellite is successfully received and this initial acquisition operation is completed, the mode selection switch 74 is activated by the ground or onboard command, and the sensor signal processing unit 73 performs acquisition/acquisition operation.
The mode is switched to the tracking mode, that is, the capture mode in which the output of the CCD sensor 71 is selected.

モード選択スイッチ74からの捕捉信号、即ち受信側の
視線角度θ、。、と相手側視線角度θ、。。
The acquisition signal from the mode selection switch 74, ie, the viewing angle θ of the receiving side. , and the other party's line of sight angle θ,. .

(θ7.T)との偏差信号は、コントローラ54及び電
圧源55により圧電アクチュエータ56に制御電圧を与
えて駆動力をトラッキング・ξシー26に与える。
(θ7.T), the controller 54 and voltage source 55 apply a control voltage to the piezoelectric actuator 56 to provide a driving force to the tracking ξ sea 26.

このときのアクチエエータのトラッキング角度出力θ、
が直流モータ59のポインティング角度出力θヨに加え
られて受信倒の視線角度θLO1となる。
At this time, the tracking angle output θ of the actuator,
is added to the pointing angle output θLO of the DC motor 59, resulting in the receiving angle θLO1.

また、CCDセンサ71で検出された受信倒の視線角度
θL。、と相手側視線角度θL(I3との偏差信号θT
GTは圧電アクチュエータ等価モデル64に与えられて
偏向等価信号に変換され、角度指令値に対して幾ら動い
たかをフィードバックして加え、再び目標値発生器57
の目標となる。そして、この圧電アクチュエータ等価モ
デル64による偏向等価信号は制御が進むにつれて小さ
くなって行き、最終的には零近傍になる。
Also, the viewing angle θL of the reception side detected by the CCD sensor 71. , and the other party's line of sight angle θL (deviation signal θT from I3
The GT is given to the piezoelectric actuator equivalent model 64 and converted into a deflection equivalent signal, and the amount of movement relative to the angle command value is fed back and added to the target value generator 57 again.
The goal is to The deflection equivalent signal generated by this piezoelectric actuator equivalent model 64 becomes smaller as the control progresses, and eventually becomes close to zero.

この捕捉モードでは、視線角偏差が比較的大きいので、
ボインティング・ミラー24の駆動制御が主となり、圧
電アクチュエータ56からの角度変位は小さい。
In this acquisition mode, the viewing angle deviation is relatively large, so
The pointing mirror 24 is mainly driven and controlled, and the angular displacement from the piezoelectric actuator 56 is small.

この捕捉動作により偏差が“0”になると捕捉モードが
終了し、地上又はオンボード指示により今度は追尾モー
ドに切り替えられ、4象限センサ72の出力に基づいて
捕捉モードと同様のフィードバック制御が行われる。但
し、この追尾モードでは、捕捉モードと逆に視線角偏差
が小さいのでボインティング・ミラー24は殆ど駆動さ
れず主として圧電アクチュエータ56が制御に寄与する
こととなる。
When the deviation becomes "0" as a result of this acquisition operation, the acquisition mode ends, and the tracking mode is then switched to based on the ground or onboard instruction, and feedback control similar to the acquisition mode is performed based on the output of the four-quadrant sensor 72. . However, in this tracking mode, contrary to the capture mode, the line-of-sight angle deviation is small, so the pointing mirror 24 is hardly driven, and the piezoelectric actuator 56 mainly contributes to control.

以上のように、受信側の視線角θ1゜、は相手側の視線
角θ?GTと一致するようにフィードバンクが掛けられ
るが、このときの受信側の視線角θ、。。
As mentioned above, the receiving side's viewing angle θ1° is the receiving side's viewing angle θ? A feedbank is applied to match GT, and at this time, the line of sight angle θ, on the receiving side. .

は、ポイント・アヘッド偏向用のVCM4からの視線角
θ、と台底されて送信光ビーム視線角θア。アとして相
手衛星に向けて送出されることとなる。
is the viewing angle θ from the VCM 4 for point-ahead deflection, and the transmitted optical beam viewing angle θa. It will be sent to the other satellite as a satellite.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、本発明に係る光ビーム制御機構によれば
、固定台に設けた無摩擦軸受・駆動部の弾性ピボットと
ジンバル駆動用コイルとを、最上位のX軸ジンバルに設
けた永久磁石とヨークから成る磁気回路部に無摩擦係合
させると共にそのコイルに制御電流を流すことによりX
軸方向の回転運動を発生させ、また、このX軸ジンバル
に設けた無摩擦軸受・駆動部の弾性ビポ7)とジンバル
駆動用コイルとを、中央位のYllkジンバルに設けた
永久磁石とヨークから成る磁気回路部に無摩擦係合させ
ると共にそのコイルに制fit流を流すことによりY軸
方向の回転運動を発生させ、以てY軸ジンバルの裏面に
設けた光ビーム制御用ミラーをX−Yの2軸方向に偏向
させるようにボイスコイルモータの形で構成したので、
圧電素子より制御範囲が広く取れ、分解能は圧電素子に
匹敵すると共に以下の特有の効果が得られる。
As described above, according to the light beam control mechanism according to the present invention, the frictionless bearing provided on the fixed base and the elastic pivot of the drive unit and the gimbal drive coil are connected to the permanent magnet provided on the uppermost X-axis gimbal. By frictionlessly engaging the magnetic circuit section consisting of the
Rotational motion in the axial direction is generated, and the frictionless bearing/drive part elastic bipo 7) provided on the X-axis gimbal and the gimbal drive coil are connected from the permanent magnet and yoke provided on the Yllk gimbal at the center. A rotational movement in the Y-axis direction is generated by frictionless engagement with the magnetic circuit section formed by the magnetic circuit, and by flowing a control current through the coil, thereby causing the light beam control mirror provided on the back surface of the Y-axis gimbal to rotate between X-Y. Since it is configured in the form of a voice coil motor to deflect in two axial directions,
The control range is wider than that of a piezoelectric element, the resolution is comparable to that of a piezoelectric element, and the following unique effects can be obtained.

1)無摩擦軸受により、可動部分の潤滑が不要となり、
長寿命化が図られ、宇宙通信ll械用として適している
1) Frictionless bearings eliminate the need for lubrication of moving parts.
It has a long lifespan and is suitable for space communication equipment.

2)軸受と駆動部を同一平面上に配列したことにより、
ジンバルの積層の省スペース化が図られ、小型化・軽量
化が図られる。
2) By arranging the bearing and drive part on the same plane,
The gimbal is stacked to save space, making it smaller and lighter.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に係る光ビーム制御機構を示した図、 第2図は、本発明に係る光ビーム制御機構に用いる永久
磁石とヨークを一部切り欠いて示す斜視図、 第3rgJは、本発明に係る光ビーム制御機構を含む全
光学系を示すブロック図、 第4図は、全光学系の制御回路を示す図、第5図は、通
信衛星軌道の模式図、である。 第1図において、 1・・・固定台、 2・・・無摩擦軸受・駆動部、 3・・・彌性ピボット、 4・・・X紬ジンバル駆動用コイル、 5・・・開口部、 6・・・X軸ジンバル、 8・・・永久磁石、 9・・・ヨーク、 10.14・−・磁気回路部、 15・・・光ビーム制御ミラー 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a diagram showing a light beam control mechanism according to the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a permanent magnet and a yoke used in the light beam control mechanism according to the present invention. , a block diagram showing the entire optical system including the light beam control mechanism according to the present invention, FIG. 4 is a diagram showing the control circuit of the entire optical system, and FIG. 5 is a schematic diagram of the orbit of the communication satellite. In Fig. 1, 1...Fixation base, 2...Frictionless bearing/drive section, 3...Flat pivot, 4...X Tsumugi gimbal drive coil, 5...Opening part, 6 . . . .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 X軸方向に相対して隔離配置され、各々が弾性ピボット
(3)とジンバル駆動用コイル(4)とを有する二つの
無摩擦軸受・駆動部(2)を固定した固定台(1)と、 各無摩擦軸受・駆動部(1)に支持され、該ジンバル駆
動用コイル(4)と鎖交する磁束を発生してX軸の回転
方向に駆動トルクを発生するように各無摩擦軸受・駆動
部(2)と係合する永久磁石(8)及びヨーク(9)か
ら成る二つの磁気回路部(10)を相対して設けると共
に該無摩擦軸受・駆動部(2)と同一構成の二つの無摩
擦軸受・駆動部(11)をY軸方向に相対して隔離配置
したX軸ジンバル(6)と、 該X軸ジンバル(6)の各無摩擦軸受・駆動部(11)
の弾性ピボット(3)により懸垂され且つそのジンバル
駆動用コイル(12)と鎖交する磁束を発生してY軸の
回転方向に駆動トルクを発生するように配列された永久
磁石(8)及びヨーク(9)から成る磁気回路部(14
)を固定したY軸ジンバル(13)と、 を備え、該固定台(1)に設けた開口部(5)からの光
ビームを該Y軸ジンバル(13)の裏面に設けた光ビー
ム制御用ミラー(15)でX−Yの2軸方向に偏向させ
ることを特徴とした光ビーム制御機構。
[Claims] A fixing device in which two frictionless bearing/drive units (2) are arranged opposite to each other in the X-axis direction and each has an elastic pivot (3) and a gimbal drive coil (4). It is supported by the stand (1) and each frictionless bearing/drive part (1), and generates a magnetic flux that interlinks with the gimbal drive coil (4) to generate a drive torque in the rotational direction of the X axis. Two magnetic circuit sections (10) consisting of a permanent magnet (8) and a yoke (9) that engage with each frictionless bearing/drive section (2) are provided facing each other, and the frictionless bearing/drive section (2) An X-axis gimbal (6) in which two frictionless bearings and drive units (11) having the same configuration as the 11)
A permanent magnet (8) and a yoke are suspended by the elastic pivot (3) of the yoke and are arranged so as to generate a magnetic flux that interlinks with the gimbal driving coil (12) to generate a driving torque in the rotational direction of the Y axis. (9) The magnetic circuit section (14
) to which a Y-axis gimbal (13) is fixed, and a light beam control device provided on the back side of the Y-axis gimbal (13) to direct a light beam from an opening (5) provided in the fixed base (1). A light beam control mechanism characterized by deflection in two axial directions of X and Y using a mirror (15).
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0689349A1 (en) * 1994-06-20 1995-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Imaging apparatus with mechanism for enhancing resolution
US5920417A (en) * 1993-07-19 1999-07-06 Medcam, Inc. Microelectromechanical television scanning device and method for making the same
US6188502B1 (en) 1998-03-26 2001-02-13 Nec Corporation Laser pointing apparatus and on-fulcrum drive apparatus
US6426013B1 (en) 1993-10-18 2002-07-30 Xros, Inc. Method for fabricating micromachined members coupled for relative rotation
US6467345B1 (en) 1993-10-18 2002-10-22 Xros, Inc. Method of operating micromachined members coupled for relative rotation
KR100462388B1 (en) * 2002-01-12 2004-12-17 한국과학기술원 A Stage Device Of X-Y Precision Drive Using VCM
KR100682957B1 (en) * 2006-01-09 2007-02-15 삼성전자주식회사 Xy stage module, storage system employing the same and method for fabricating the xy stage module
WO2008059912A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Alps Electric Co., Ltd. Reading head
KR20140088399A (en) * 2013-01-02 2014-07-10 엘지전자 주식회사 Scannng micro mirror

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5920417A (en) * 1993-07-19 1999-07-06 Medcam, Inc. Microelectromechanical television scanning device and method for making the same
US6426013B1 (en) 1993-10-18 2002-07-30 Xros, Inc. Method for fabricating micromachined members coupled for relative rotation
US6467345B1 (en) 1993-10-18 2002-10-22 Xros, Inc. Method of operating micromachined members coupled for relative rotation
EP0689349A1 (en) * 1994-06-20 1995-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Imaging apparatus with mechanism for enhancing resolution
US6188502B1 (en) 1998-03-26 2001-02-13 Nec Corporation Laser pointing apparatus and on-fulcrum drive apparatus
US6445481B2 (en) 1998-03-26 2002-09-03 Nec Corporation On-fulcrum movement drive apparatus
KR100462388B1 (en) * 2002-01-12 2004-12-17 한국과학기술원 A Stage Device Of X-Y Precision Drive Using VCM
KR100682957B1 (en) * 2006-01-09 2007-02-15 삼성전자주식회사 Xy stage module, storage system employing the same and method for fabricating the xy stage module
WO2008059912A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Alps Electric Co., Ltd. Reading head
US7841530B2 (en) 2006-11-17 2010-11-30 Alps Electric Co., Ltd. Read head for reading coded data by optical scanning
KR20140088399A (en) * 2013-01-02 2014-07-10 엘지전자 주식회사 Scannng micro mirror

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