JPS6129484B2 - - Google Patents

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JPS6129484B2
JPS6129484B2 JP51140081A JP14008176A JPS6129484B2 JP S6129484 B2 JPS6129484 B2 JP S6129484B2 JP 51140081 A JP51140081 A JP 51140081A JP 14008176 A JP14008176 A JP 14008176A JP S6129484 B2 JPS6129484 B2 JP S6129484B2
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JP
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conical
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symmetry
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light beam
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JP51140081A
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JPS5264947A (en
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Haintsu Deuitsudo Kaaru
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ORUGANIZASHION UUROPEENNU DO RUSHERUSHU SUPAISHIIARU
Original Assignee
ORUGANIZASHION UUROPEENNU DO RUSHERUSHU SUPAISHIIARU
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/001Axicons, waxicons, reflaxicons
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は近軸光線の非点収差補整用の円錐形光
学装置に関する。
この種の光学装置は特に回転人工衛星の姿勢制
御用の光学センサーとして使用することができ
る。ここで光学センサーとは天体標的(太陽、
月、地球、恒星)から発せられた光を感知して電
気信号に変換し、基準方向に対する人工衛星軸の
偏りを定めるように人工衛星に積み込まれる装置
である。
回転安定化人工衛星における姿勢センサーの適
用条件としてしばしば1方向に120゜またはそれ
以上の広がつた視界およびその方向と垂直に約1
゜または1゜以下の視界を持つことが要求され
る。120゜またはそれ以上の縦方向の広がり視界
(LEOV)が人工衛星の回転軸にほぼ平行である
と、小さな軸方向の広がり視界(CEOV)が基準
物体(太陽、地球、恒星)からの光を横切り、そ
の瞬間を測定して人工衛星の姿勢制御に利用する
ことができる。上記センサーの従来の設計では一
般に、宇宙標的から来る光を1〜数個のスリツト
に集め、そのスリツトを通る光信号を電気信号に
変換する検出器を該スリツトの後方に配置した光
学装置が使用される。この電気信号によつて標的
が横切る瞬間が示される。この種の光学センサー
の一実例は米国特許第3838277号明細書に記載さ
れている。
これらの従来の光学センサーに特有な欠点を以
下に挙げる。
1 光学センサーはスリツトを通して伝わつたエ
ネルギーをできるだけ最良の効率で収集するた
めに細長い形状としなければならない。
2 LEOVの中央部の輝きを犠牲にするようにマ
スクが設計されあるいは歪みを誘導するような
複雑な光学装置を使用しないことには、像の輝
度がLEOVの外方に向かつて減少する。
3 LEOVの方向の像の鮮明度がLEOVのエツジ
に向かつてしばしば低下する。
4 LEOVの広がりが120゜を越えると増々困難
となり、映像の質、必要な検出器の長さおよび
エネルギー収集効率等が一般に制限されること
になる。
5 数個の検出器から成るセンサーではその配列
が問題となり易い。
光学センサーの他のタイプには、ジエイ・キル
パトリツク氏による標題「インサイドアウト・ホ
リゾン・スキヤナー(Inside−Out Horizon
Scanner)」(アプライド・オプチツクス第1巻第
2号(1962年3月))の論文に記載されているよ
うな集光レンズと協働する逆円錐形反射体から成
る光学装置がある。
しかしながら、このセンサーは単に反射円錐体
および集光レンズを使用するに過ぎず、屈折円錐
体を使用しておらず、近軸光線に大きな収差が生
じていた。さらに、そのセンサーは放射バランス
モード、すなわち非回転人工衛星に用いられ、対
称軸Zが宇宙標的を指向するようにされる。この
モードでは、その光学センサーは広く拡張した宇
宙標的にのみ適している。光軸と垂直の平面内の
標的に対し、キルパトリツク氏により開示されて
いる光学装置は像の質がよくない。
本発明の目的は、平行光線に非点収差のない像
が得られかつ像の質が放射源の方位と無関係とさ
れる光学装置を得ることにある。
この発明は、回転人工衛星の姿勢制御に使用す
る場合、配列上の制約が実質的に低減され、市場
で容易に入手できる円形感知素子を備えた検出器
を利用できる光学センサーとすることにある。
この発明の円錐形光学装置は、対称軸Zを有す
る凸面円錐形ミラー1、該凸面円錐形ミラー1と
共通の対称軸Zを有しかつ少なくとも1つの円錐
面を有する屈折部材2および上記屈折部材2の後
方に配置され、上記対称軸Z上の結像点Cを焦点
として2次近軸光ビームを収束させる集光レン
ズ3から構成され、上記円錐形部材1および2の
頂角αおよびβ,βを所定値に設定して上記
対称軸Zに実質的に垂直な方向から当該凸面円錐
形ミラー1に入来する1次近軸光ビームが上記
屈折部材2の方向へ反射して該屈折部材2に入射
するとともに該屈折部材2から2次近軸光ビーム
として送出させるようにしたことを特徴とす
る。
この発明の光学装置は、例えば対称軸と垂直な
平面内の結像点に配置された光電検出装置と感知
素子とを組み合わせて使用すれば、回転人工衛星
の姿勢制御用の光学センサーとして使用すること
ができる。
以下に、本発明を幾つかの円錐形光学装置の実
施例を示す添付図面とともに説明する。
図面中、第1図は本発明による円錐形光学装置
の基本構造を示す斜視図、第2図は第2実施例の
円錐形光学装置の側面図、第3図は第3実施例に
おいて人工衛星の縦軸に平行な面から見た円錐形
光学装置の側面図、第4図は第3実施例において
人工衛星の縦軸に垂直な面から見た円錐形光学装
置の側面図、第5図は第4実施例において人工衛
星の縦軸に垂直な面から見た円錐形光学装置の側
面図、第6図は第5実施例において人工衛星の縦
軸に平行な面から見た円錐形光学装置の側面図で
ある。
第1図において本発明による円錐形光学装置は
対称軸Zを有している。光学装置は凸状円錐形ミ
ラー1と屈折部材2と、集光レンズ3とから成
り、これらの部品は全て共通に軸Zのまわりに回
転対称とされる。第1図に示す実施例では、屈折
部材2は2つの対向する円錐面21,22を有し
ている。
これらの円錐体1と2における頂角αとβ
およびβは適宜に設定され、対称軸Zに垂直な
方向から凸面円錐形ミラー1に入来する1次近軸
光ビームが該円錐形ミラー1によつて屈折部材
2に向けて反射されるとともに該屈折部材2の円
錐面21,22を通過して2次近軸光ビームと
して集光レンズ3に向けて送出されるようにされ
る。具体的には、円錐形ミラー1の頂角αと屈折
部材2の屈折率n間および屈折部材2の頂角βと
上記屈折率n間で所定の関係を満足するようにす
れば、凸面円錐形ミラー1により反射され、さら
に屈折部材2により屈折された光は実質的に平行
光線として該屈折部材2から送出される。例え
ば、屈折部材2が頂角をβとする1つの円錐面を
有しかつ該円錐面が円錐形ミラー1側に向けられ
てたものであると、上記所定の関係は幾何学的光
学解析により次のように示される。
tan2α=1/√2−1;tan2β=√2−1 次いで、2次近軸光ビームは集光レンズ3に
より対称軸Z上の点Cを焦点として収束する。
上述したように、上記円錐形光学装置の形状寸
法を適宜に設定すれば、結像点の位置が光入射方
向と対称軸Z間の角度のみに依存して放射源の方
位とは無関係とされる。このようにして、上記円
錐形光学装置は天球の大円に沿つて対称軸Zと垂
直ら標的、すなわち方位角0〜360゜を有する光
源からの光を感知することができる。
回転人工衛星の姿勢制御用光学センサーとして
使用する場合、第1図の光学装置は結像点に配置
されかつ対称軸Zと垂直なX−Y平面内に円形感
知素子を有する検出器を具備するようにしなけれ
ばならない。感知素子の直径によつて、X−Y平
面と垂直な平面における視野の広がりが画定され
る。いくらかの方位角をもつてX−Y平面と交わ
す宇宙標的、すなわち、宇宙空間における基準点
として適当である放射源の像は当該標的がX−Y
平面と交わるときに結像点Cを通る軌道に沿つて
焦点面内を動く。重要な利点は同一の像質に対し
標的の方位角が理論的に360゜となつていること
である。
第1図に示す実施例の変形例として、頂角β
が180゜、すなわち円錐面22を平面としてもよ
い。さらに、レンズ3の集光効果は、第2図に示
すように円錐面21の底面を適当に成形すること
によつて得ることができる。必要であれば、光束
の残留収査は円錐形部材1および2の頂点間の
距離Z0を変化させることにより補整することがで
きる。
像質を変化させることなく当該装置を小型化す
るため、光学部材1および2は円錐台形面を形成
するものとしてもよい。例えば、第3図に2つの
円錐台形体1および2を接合して成る小型装置を
示す。
本発明の光学装置に用いる光学センサーは種々
の型式で回転人工衛星に据え付けられて該人工衛
星の姿勢の制御が行なわれる。第3図〜第6図は
3つのタイプの実施例を示している。
第3図および第4図で示す実施例において、光
学装置はブロツク10で示される人工衛星の回転
軸Sと垂直な対称軸Zを有している。この配置に
おいて、標的の方位角は人工衛星座標における当
該人工衛星の方位角とされ、当該光学装置は人工
衛星が1回転する毎にX−Y平面を横切る標的を
表わす2つの信号を発生する。
第5図はもう1つの実施例を示す。前記実施例
と同様に対称軸Zは人工衛星の回転軸Sと垂直で
あるが、この実施例では、対称軸Zは人工衛星1
0の断面を形成する周囲の接線方向に配置されて
いる。この場合、人工衛星の方向角は−90゜から
+90゜の範囲に制限される。
第6図に示す実施例においては、対称軸Zが人
工衛星の回転軸Sと平行とされる。この場合、光
学装置は測定しようとする標的−人工衛星の並び
との垂直に対する軸Sの偏りを許容している。
第3図〜第6図に小型装置として例示されるこ
の発明の光学装置は実用上有利であることが理解
される。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明による円錐形光学装置の好ましい
実施例の中のいくつかを示すもので、第1図は円
錐形光学装置の基本構造を示す斜視図、第2図は
第2実施例の円錐形光学装置の側面図、第3図は
第3実施例において人工衛星の縦軸に平行な面か
ら見た円錐形光学装置の側面図、第4図は第3実
施例において人工衛星の縦軸に垂直な面から見た
円錐形光学装置の側面図、第5図は第4実施例に
おいて人工衛星の縦軸に垂直な面から見た円錐形
光学装置の側面図、第6図は第5実施例において
人工衛星の縦軸に平行な面から見た円錐形光学装
置の側面図である。 1……凸面円錐形ミラー、2……屈折部材、3
……集光レンズ、4……光電子検出手段、10…
…人工衛星、21,22……円錐面、……第1
近軸光ビーム、……第2近軸光ビーム、X,Y
……面、Z……対称軸、Z0……距離、α,β
β……頂角、C……結像点、S……人工衛星の
回転軸。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 対称軸Zを有する凸面円錐形ミラー1、該凸
    面円錐形ミラー1と共通の対称軸Zを有しかつ少
    なくとも1つの円錐面を有する屈折部材2および
    上記屈折部材2の後方に配置され、上記対称軸Z
    上の結像点Cを焦点として2次近軸光ビームを
    収束させる集光レンズ3から構成され、 上記円錐形部材1および2の頂角αおよびβ
    ,βを所定値に設定して上記対称軸Zと実質
    的に垂直な方向から当該凸面円錐形ミラー1に入
    来する1次近軸光ビームが上記屈折部材2の方
    向へ反射して該屈折部材2に入射するとともに該
    屈折部材2から2次近軸光ビームとして送出さ
    せることを特徴とする円錐形光学装置。 2 屈折部材2の円錐面の1つの頂角βが180
    ゜である特許請求の範囲第1項に記載の円錐形光
    学装置。 3 凸面円錐形ミラー1および屈折部材2が円錐
    台形面を有する特許請求の範囲第1項に記載の円
    錐形光学装置。 4 屈折部材2が集光レンズ3を形成した底面を
    有する特許請求の範囲第1項に記載の円錐形光学
    装置。 5 回転軸を有する人工衛星に設けられ、対称軸
    Zを有する凸面円錐形ミラー1、該凸面円錐形ミ
    ラー1と共通の対称軸Zを有しかつ少なくとも1
    つの円錐面を有する屈折部材2、該屈折部材2の
    後方に配置され、上記対称軸Z上の結像点Cを焦
    点として2次近軸光ビームを収束させる集光レ
    ンズ3および上記結像点Cに配置され、上記対称
    軸Zと垂直なX−Y平面内に配置された感光素子
    を有する光電子検出手段4から構成される対称軸
    を有する円錐形光学装置とされ、上記円錐形部材
    1および2の頂角αおよびβ,βを所定値に
    設定して上記対称軸Zに実質的に垂直な方向から
    当該凸面円錐形ミラー1に入来する1次近軸光ビ
    ームが上記屈折部材2の方向へ反射して該屈折
    部材2に入射するとともに該屈折部材2から2次
    近軸光ビームとして送出させることにより当該
    人工衛星の姿勢制御を行うことを特徴とする円錐
    形光学装置。
JP51140081A 1975-11-20 1976-11-20 Conical optical system Granted JPS5264947A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE162028A BE835761A (fr) 1975-11-20 1975-11-20 Systeme optique a elements contiques

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5264947A JPS5264947A (en) 1977-05-28
JPS6129484B2 true JPS6129484B2 (ja) 1986-07-07

Family

ID=3842830

Family Applications (1)

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JP51140081A Granted JPS5264947A (en) 1975-11-20 1976-11-20 Conical optical system

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US (1) US4118622A (ja)
JP (1) JPS5264947A (ja)

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Also Published As

Publication number Publication date
US4118622A (en) 1978-10-03
JPS5264947A (en) 1977-05-28

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