JPH10505419A - 観測装置の配向配置システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 宇宙船（１８）上に配置された観測装置（１）には、光源が設けられている。この光源からの放射は、たとえ変位を受けた場合であっても、反射ビームが非常にわずかしか変化しないまたは少しも変化しない、少なくとも１つの光学的二面体（１３、２１）の面により反射される。よって、装置（１）の観測軸（Ａ）を代表する反射ビームは、既知の配向を有するセンサ（３４）に向けて反射される。これにより、観測軸（Ａ）の実際の方向がわかる。装置（１）の地面上での配置および追跡に応用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 観測装置の配向配置システム 本発明は、観測装置の配向配置システムに関するものである。 本発明は、同一発明者によって同一題名でフランスにおいてなされた特許出願 第９３ １４８７２号の改良である。より詳細には、上記文献におけるシステム は、観測装置、この装置に付設されたパターン光源、この光源からの光を反射す るためのシステム、および、パターンからの光を検知するセンサにより形成され ている。反射システムは、少なくとも１つのミラーにより形成されている。この ミラーの機能は、パターン光源からの光を、配向の参照用に設けられた光センサ へと導くことである。光センサは、特に、パターンと同時に星の光を検出し得る ステラセンサとすることができる。パターン像と星との位置の比較により、星の 方向と、反射システムの前におけるパターン光の発光方向と、の間の角度変化を 知ることができる。装置の配向は、そのような角度変化から決定される。他の構 成においては、パターンのための光センサは、参照を提供するために、ステラセ ンサまたは類似物と一体的に設けられる。いずれにしても同じ結果が得られる。 しかしながら、ステラセンサは、星の不動性のために、固定参照座標における配 向参照を得るために、また、出現の鮮鋭さを得るために、好適に設けられる。特 に、星に対する観測方向を計測することにより、より良好な精度を得ることがで きる。 このことが、ステラセンサが、以前の出願において、地球のような天体を観測 するための装置を備えた、衛星、惑星間プローブ、あるいは、宇宙ステーション のような宇宙船において特に使用された理由である。ステラセンサは、本発明に おいても使用される。 観測装置の観測軸方向に関する非常に正確な知見は、観測領域を適切に配置す ることが要望される場合には、不可欠である。現在では、軌道衛星を完璧に配置 することは知られているけれども（状況によって、ＧＰＳシステムでは１０〜１ ００ｍの不確定性、ＤＯＲＩＳシステムではわずか０．５〜４０ｍの不確定性） 、観測装置の観測軸の全体配向は、実際には、最も良くても、角度１００〜２０ ０秒の不確定性しか得られていない。この不確定性は、高さ８００ｋｍの衛星に 対しては、地上では約４００〜８００ｍの位置不確定性に対応している。この観 測配向の不確定性は、それ自身は小さいけれども、配置不確定性の全体のほぼす べてをもたらしている。よって、観測装置の観測軸の配向の不確定性を、低減す ることが要望されている。 実際には、装置には、３つのカテゴリーがある。第１のカテゴリーの装置は、 宇宙船に固定されている。したがって、所望の装置を所望の方向に配向させるた めには、宇宙船が完全にターン（逸脱）しなければならない。この構成は、詳細 にはエネルギーコストが必要であるという点において、あまり有利ではない。こ の場合、装置の観測軸の配向の不確定性は、詳細には宇宙船への装置の搭載に依 存し、太陽輻射によって宇宙船の片面が局所加熱されることによる振動または変 形のような、擾乱により増大してしまうことになる。 また、他の２つのカテゴリーは、ビークル上において装置を配向させるための 機構を備えた装置を含有しており、このような装置は、現在、主流である。装置 は、ビークルに対して固定されているけれども、観測変更ミラーが設けられてい る。観測変更ミラーは、装置の観測領域の前方に配置されており、ターン駆動さ れることにより、観測方向をランダムに変更することができる。この場合、観測 軸は、ずっと簡単に変更される。すべての場合において、可動機構または可動ミ ラーは、対応する配向不確定性を決める。 上記出願においては、光ビームが、観測軸に対して既知の配向とされた（原理 的には観測軸に対して平行とされた）光源から放射され、反射システムによって 光センサに向けて反射される。そして、地上での配置不確定性が数十ｍを超えな い程度にまで、観測軸の方向を、ずっと高い精度でもって推測することができる 。 本発明は、以前の出願において使用された原理を使用した観測装置のための配 向配置システムを目標としている。特に、表面上に光パターンを形成し得るとと もに光センサに向けて偏向される光ビームによって、装置の観測軸の具現化を目 標としている。本発明においては、観測軸の正確な評価を、この装置に対して適 用可能に独自に構成され、かつ、システムの初期校正からの変位および配向変位 に対して大いに不変である光学的デバイスによって、得ることができる。 システムは、装置と一体に設けられかつ光パターンを放出する光源と、ミラー 付光反射システムと、配向参照が設けられた光センサと、を具備してなり、反射 システムは、光源からセンサへと光を伝達し得るよう構成されており、ミラーは 、光源からの光が連続して反射される２つの面を有する二面体を備えていること を特徴としている。 装置の前方に観測変更ミラーを備えていない場合に、高い精度でもって観測軸 の配向を検知するための格別に好ましい構成は、第２のミラー付光反射システム を具備するというシステム構成である。この第２システムは、光源からセンサへ と光を伝達し得るよう構成されており、この第２反射システムのミラーは、光源 からの光が連続して反射される２つの面を有する二面体を備え、広がった光ビー ムを形成するために、光源からの光を広げる、光学系を、光源と反射システムと の間に備え、複数の反射システムの各々の二面体は、移動不可能であるとともに 、広げられた光ビームの対応部分を遮断することを特徴としている。２つの反射 システムに対して、ただ１つのセンサが設けられることが好ましく、この場合、 システムは、できる限り９０°に近い非零角度を形成することができる２つの平 面内において、光源からの光を反射する。 興味のある二面体の形状は、反射面どうしが４５°または１３５°の角度をな すとともに、広げられたビームの方向に対して実質的に垂直なエッジにより連結 されたプリズムである。その理由は、この場合、ビームが、なお、直角で反射さ れるからである。 観測軸の軸合わせを行うために使用される光センサは、反射システムの端部に 配置することができる。しかしながら、また、そこには、反射システムからのビ ームを、観測装置へと反射するとともに、光センサを一体に設けたあるいは光セ ンサと一致したミラーを配置することができる。この場合には、装置自身が、配 向をチェックすることができる。 観測変更ミラー付装置とともに、二面体を、装置の前方でターンする観測変更 ミラーに一体に設けることが提案されている。この場合、二面体の反射面どうし は、直角をなしており、平面に対して垂直かつ観測ミラーの回転軸に対して垂直 なエッジにより連結されている。これにより、再度、高い観測軸の評価精度を得 ることができる。この変形例においても、再度改良を行うことができる。 以下、本発明を、添付図面を参照して詳細に説明する。 図１は、観測装置の焦点面を示す側断面図である。 図２は、装置の焦点面の正面図である。 図３は、固定された観測装置とともに、配置システムの一部を示す図である。 図４は、変形形態を示す図である。 図５は、光センサの上流側に光学デバイスを示す図である。 図６は、観測軸の認識プロセスを示す図である。 図７は、配置システムの全体図である。 図８は、観測変更ミラーと組み合わされた配置システムを示す図である。 図９および図９Ａは、二面体の構成を示す図である。 図１０は、図３の変形形態を示す図である。 図１１は、観測変更ミラーを備えたシステムのための、改良された配置システ ムの一部を示す図である。 図１および図２は、観測装置の焦点面を示しており、光源は、同一の観測軸Ａ を実現するための配向参照として機能している。装置１は、装置１の前に位置し かつ観測領域内に延在している光学系３（図３に図示）の焦点面に一致した円滑 な前面２で終端している。光学系３は、収束レンズにより象徴されているけれど も、光学系３は、任意にランダムに組み合わされた従来部材を備えることができ る。ここで装置１の受容部をなす検出器アレイ４は、前面２にわたって配置され ている。 ここで光源は、前面２上において、検出器アレイ４の周囲に菱形上に配置され た、４つのポイントまたはドット５により形成されている。以前の出願において は、単一ポイントの光源では、装置１のある種の回転を確立し得ないことにより 、とりわけ発光軸回りの回転を確立し得ないことにより、不十分であり、しかし ながら、２つの光源で十分であること、および、より良好な精度を得るためには 、より多数の光源が望ましいこと、を示した。すべての光スポット５の生成のた めには、ただ１つのダイオード６で十分である。ダイオード６は、各スポット５ に接続された光ファイバ７の束の背後に配置されている。発光ダイオード６、あ るいは、レーザー効果ダイオードを使用することができる。レーザー効果ダイオ ードは、波長の分散の小さなより微細な光線を供給し得ることにより好ましい。 ０．９５μｍの波長が提案される。光スポット５は、例えば２０μｍのような非 常に微細な直径を有しており、放射される光は、実質的に平行ビームの形態をな している。また、拡散が制限されており、単一光線とみなすことができる。 図３は、これら光線８、９を示しており、光線８、９は、光学系３を通ること で広げられ、ほぼ同一の体積を占有する広がりビーム１１、１２を形成する。図 においては、光線のただ２本のビームが示されているだけであるけれども、実際 には、光スポット５と同じ数のものがある。ビームどうしは、わずかの配向差Δ αを有しており、Δαは、１０分の１度の数倍とすることができ、各ビームの起 源をなす光線どうしの配向差に等しい。この配向差Δαは、光線８、９の拡大に 合わせて、誇張されている。 光学的二面体１３は、ビーム１１、１２の一部を遮るよう、ビーム１１、１２ のパス上に配置されている。光学的二面体１３は、２つの反射面１４、１５によ り形成されており、２つの反射面１４、１５には、２つのビーム１１、１２の遮 断部分が連続して到達する。２つの反射面１４、１５は、装置１の観測軸Ａに対 して垂直なエッジ１６により連結されている。二面体１３は、装置１のような宇 宙船１８に固定されている。 二面体１３により遮断されたビーム１１、１２の一部は、結果的に、反射面１ ４、１５上において連続して反射され、反射ビーム１９、２０を形成する。反射 面１４、１５は、互いに４５°の角度を形成するよう設けられている。この特別 の形状により、認識されるべき顕著ないくつかの性質がもたらされる。第１に、 二面体１３がエッジ１６のＺ軸回りに偶発的に回転しても、反射ビーム１９、２ ０の配向が変わってしまうことがない。Ｘ、Ｙ軸（反射面１４、１５から２２． ５°の位置）およびＺ軸に沿って二面体１３が平行移動しても、また、反射ビー ム１９、２０の配向に影響を与えることがない。二面体１３のＸ、Ｙ軸回りの回 転のただ１つの効果は、反射ビーム１９、２０がＸ、Ｚ軸の平面に対して平行な 平面内において回転させることである。この性質は、厳密に、Ｙ軸回りの回転に 対して示される。この場合に発生する誤差は、実際にＸ軸回りの回転の場合の小 さな回転変化に対して、小さく、無視できる誤差である。というのは、これは、 ２次の誤差だからである（二面体１３が１０^-3ラジアンだけ回転しても、反射ビ ームは、１０^-6ラジアンだけ回転するにすぎない）。 そして、反射ビーム１９、２０は、第１の二面体１３と同様の第２の二面体２ １に到達する。第２の二面体２１は、宇宙船１８に固定されているとともに、２ つの面２２、２３により形成されている。２つの面２２、２３は、互いに４５° をなしており、反射ビーム１９、２０を連続して反射して、軸合わせセンサ３４ に向けて戻りビーム２５、２６を形成する。 これら面２２、２３は、Ｘ軸と反対向きのＸ’軸、および、Ｙ軸と平行なＹ’ 軸に対して、２２．５°の位置にある。面２２、２３は、Ｚに平行な軸でありか つ反対向きのエッジ２４により連結されている。第２二面体２１は、同一の形状 、および特に反射された放射方向の安定性を有していることにより、第１のもの と同一の光学的性質を有している。面どうしが４５°であることにより、二面体 １３、２１により反射された光線は、入射光に対して直角な角度である。Ｘ軸ま たはＹ軸回りに第１二面体１３が回転すると、反射ビーム１９、２０がＹ軸に平 行な軸回りに回転することになり、ビーム１１、１２とは反対向きでありかつ二 面体１３、２１が正確に配置されたときにはビーム１１、１２に対して完全に平 行であるとともに図面に対して垂直なただ１つの平面あるいはＹ、Ｚ軸またはＹ ’、Ｚ’軸により画成される平面に平行なただ１つの平面内における回転によっ てのみ偏向を受ける戻りビーム２５、２６の配向に関して、Ｘ’軸またはＹ’軸 回りの第２二面体２１の回転と同じ効果を有することになることがわかる。 等価な概念が図４に示されている。二面体１３、２１は、二面体１３’、２１ ’に置き換えられている。二面体１３’、２１’の面１４’、１５’または２２ ’、２３’は、図３と同様に、Ｘ、Ｙ、Ｘ’、Ｙ’軸に対して２２．５°の角度 位置とされている。ただし、この場合には、各面をなす平面どうしは、互いに、 １３５°の角度を形成している。二面体１３’、２１’の光学的性質は、二面体 １３、２１の光学的性質と同じであり、反射ビーム１９、２０および戻りビーム ２５、２６に関する結果は、同じである。ただ１つの違いは、面１５’、２３’ における反射が、面１４’、２２’における反射よりも先に起こることである。 軸合わせセンサ３４は、小さな観測領域（例えば、側面において４°の立体角 ）の観測に適したタイプのものとすることができる。図５に示すように、軸合わ せセンサ３４の筐体２７の前方側には、円筒形外装２８が設けられている。外装 ２８の入射部には、ダイオード６により生成された波長のみを通過させ得るフィ ルタ２９が、配置されている。戻りビーム２５、２６の一部は、筐体２７の中央 部に配置された二次ミラー３０の周辺を通過する。そして、戻りビーム２５、２ ６の一部を収束させるよう、一次ミラー３１で反射されて、二次ミラー３０へと 向かう。二次収束は、二次ミラー３０によりなされる。すなわち、二次ミラー３ ０は、戻りビーム２５、２６を、一次ミラー３１に向けて反射させる。しかし、 実際には、戻りビーム２５、２６は、一次ミラー３１の中央孔３２を挿通する。 戻りビーム２５、２６は、最終的には、軸合わせセンサの検出要素をなす正形 マトリクス検出システム３３に到達する。その後、戻りビーム２５、２６は、大 まかに焦点合わせされ、光源のスポット数と同じスポット数からなる光スポット のパターン３５を形成する。二面体１３、２１およびミラー３１、３２から逸脱 したり吸収されたりすることにより焦点合わせされなかった光損失は、光パター ン３５の強度低下をもたらすのみであり、光パターン３５を変形させることはな い。唯一の検出された効果は、光線８、９の配向に対応している。この場合、ビ ーム１１、１２、１９、２０、２５、２６は、表面が下げられた検出システム３ ３上に収束し得るものとされている。 光スポット５が、観測軸Ａおよび光線８、９の方向に対して対称である場合に は、観測軸方向に放出され二面体１３、２１により反射された光線は、光スポッ トパターン３５の中央、すなわちスポット３６となる。 軸合わせセンサ３４に設けられた電子システムは、スポット３５の位置を計測 し、スポット３６の位置を計算する。電子システムの設計およびプログラミング は、当業者には基本的な事項であるので、ここでは説明しない。想定される変形 例においては、検出システム３３は、各面に２３μｍであって像ポイントまたは スポットの数と同じ数に対応する１０２４個の検出器を有している。この場合、 各検出器は、角度１３．５秒を適切にカバーしている。光スポット３５が、３つ の検出器にわたって延在するよう構成されている。その場合、スポット３６は、 角度２秒という角度不確定性に等価な位置不確定性をもって計算することができ る。 スポット３６は、二面体１３、２１の回転可能性のために、観測軸方向に放出 された放射が到達するスポットに対応していないことは事実である。図６を離れ て図７を参照して、この問題の解決方法について説明することができる。単に、 他の反射デバイスが使用されている。他の反射デバイスは、第１の反射デバイス と同様のものであって、特に、二面体１３、２１と同様の２つの二面体４０、４ １により構成されている。そして、この他のデバイスは、ビーム１１、１２の他 の部分を遮断して、軸合わせセンサ３４へと、ビーム１１、１２の他の部分を反 射させる。この場合には、新たな二面体４０、４１間には、反射ビーム４２、４ ３が存在し、新たな第２二面体４１と軸合わせセンサ３４との間には、戻りビー ム４４、４５が存在する。新たな二面体４０、４１を経由する放射は、元々の二 面体１３、２１を通る平面とは、異なる平面内に延在している。実際、これら平 面どうしは、直角になるべく近い角度を形成することが望ましい。しかしながら 、構成上の制限に応じて、特に、ビーム１１、１２の幅、装置１からの第２二面 体２１、４１および軸合わせセンサ３４の間隔に応じて、例えば６０°のような 角度Ｃを有していることが適切である。 二面体４０、４１からなる新たなシステムは、検出器システム３３上に第２の 光スポットパターン４６を投影する。そして、光スポットパターン４６の中心４ ７を計算することができる。これは、光スポット５の第２の像である。この第２ の像の、光スポット３５により形成された第１の像からの距離は、戻りビーム２ ５、２６、４４、４５が受けた回転に依存する。これら回転は、明瞭に決められ た平面で決められる、つまりここでは、二面体どうしの２つのシステム１３、２ １および４０、４１のなす角度Ｃのセカントで決められることがわかる。したが って、観測軸Ａの方向を決定するためには、回転によって中心３６、４７の移動 軌跡をなす直線Ｄ１、Ｄ２を計算するだけで十分である。実際、システムの初期 校正により像中心３６₀、４７₀が決定されている場合には、スポット３６₀、３ ６間の差ｄ１、および、スポット４７₀、４７間の差ｄ２を測定し、その後、そ れそれ直線Ｄ１、Ｄ２に対して平行な移動量を測定するだけで十分である。す なわち、差Ｄ１は、例えば、スポット３６₀と、点３６を通る直線Ｄ１上へのス ポット３６₀からの直交投影点と、の間の距離である。適切な計算により、観測 軸Ａを角度５秒の精度でもって評価することができる。 装置１に対して小さな観測領域を有する軸合わせセンサ３４は、宇宙船１８に 対して正規に固定されており、観測軸は、宇宙船１８に対して、時間的に、めっ たに移動することはない。軸合わせセンサ３４は、光源からの放射をただ受領す るのみであり、結果的に、それ自身の配向参照を有していない。軸合わせセンサ には、一体的に、ステラセンサ４９が設けられており、これらステラセンサ４９ は、星からの放射を、常時的に観測し得るよう配置されている。興味のある構成 においては、軸合わせセンサ３４およびステラセンサ４９は、宇宙船１８に対し て堅固に固定されたプレート９０の、２つの面上に配置される。この応用は、宇 宙船１８が人工衛星であるとともにビークル１８が飛行している地球あるいは他 の天体を装置１が観測しているものであって、ステラセンサ４９は、空側を向く よう装置１とは反対向きに設けられ、かつ、軸合わせセンサ３４は、結果的に、 天体側を向くよう設けられていなければならない。その理由は、光源からの放射 は、１８０°反射されなければならないからであり、また、観測システム３３に おいて、像あたりについて一対の二面体を使用するからである。 また、軸合わせセンサ３４の位置を常時的に決定し得るような数のステラセン サ４９を使用しない構成を採用することもできる。その場合には、ステラセンサ ４９として、頻繁に配向観測を行い得るものを使用するとともに、ステラセンサ が観測していない時間に計測をうまく行い得るようなジャイロスコープ的センサ あるいは同様のセンサが設けられる。 次に、図８を参照して、装置１における本発明によるシステムの使用方法につ いて、説明する。装置１は、これまでの図面と同じものであるが、光学系３およ び光システム５および観測変更ミラー５０が設けられている。観測変更ミラー５ ０は、モータ５２による駆動のもとに軸５１回りに回転するものであって、装置 １に対する観測変更ミラー５０の配向に応じて、観測方向からくる光を反射する ものである。 観測変更ミラー５０の１つの面上には、第１二面体５３が固定されており、こ の第１二面体５３は、図９に詳細に示されている。第１二面体５３は、回転軸５ １および観測変更ミラー５０の反射表面５７（図８に図示）に対して直交してい るエッジ５６により連結された２つの直角をなす面５４、５５により、実質的に 構成されている。上記変形例と同様に、光源からのビームは、面５４または５５ の一方において反射され、その後、面５５または５４の他方において反射される 。そして、反射ビームの形態で、第１二面体５３から出ていく。図においては、 ビーム１１および反射ビーム１９だけが図示されているのみである。 第１二面体５３の形状は、観測変更ミラー５０における配置と組み合わせて、 少しだけ異なっているものの、二面体１３、２１の光学的性質と等価な、興味あ る光学的性質を有している。第１に、第１二面体５３が偶発的に直線移動したと しても、あるいは、エッジ５６回りに回転したにしても、反射ビーム１９の方向 は、不変である。反射ビーム１９は、観測方向Ｂに対して平行かつ逆向きのまま である。というのは、エッジ５６が、反射表面５７に対して垂直であるからであ る。本発明は、エッジ５６が反射表面に対して厳密に直交していなくても、エッ ジ５６が反射表面に対して一定の角度を形成していれば、反射ビーム１９が観測 方向Ｂに対して一定角度を維持し得ることにより、なお適用可能であることを、 指摘しておく。 形状が第１二面体５３の形状と同一であるとともに、エッジ６０がエッジ５６ に対して同一平面内にありかつ大まかに同一方向を向いているような、第２二面 体５９を設けることも、また可能である。２つの二面体５３、５９の反射面は、 互いに向き合っており、その結果、反射ビーム１９は、第２二面体５９の面６１ 、６２により反射され、戻りビーム２４の形態で、軸合わせセンサ６６に向けて 、再度反射される。第２二面体５９は、観測装置１に対して、したがって衛星に 対して、静止している。 これにより、第２二面体５９を正当化することができる。点状衛星に対して例 えば２７−（＋１３．５°）といった観測変更ミラー５０の角度変更が重要であ るので、軸合わせセンサ６６は、上記実施形態よりも、より広い観測領域を有し なければならない。というのは、反射ビーム１９または戻りビーム２４は、二面 体５３での反射のために、この値の２倍にわたって変化する方向を有するからで ある。したがって、軸合わせセンサ６６として、光源の像の上方における参照用 星を検出し得るステラセンサを使用することが有効である。この場合、上記応用 において既に使用された構成が使用されるが、軸合わせセンサの配向は、適切な ものとされる。装置１が、事実上、軸の水平線を向いている場合には、また、観 測軸Ｂが天底を向きかつ反射ビーム１９が天頂を向くよう、観測変更ミラーが、 装置１に到達する光を直角に反射している場合には、第２二面体５９は、反射ビ ームを、水平線に向けてあるいは天体に向けて、偏向させる。この場合、軸合わ せセンサ６６の開口は、空の一部を向いている。実用的には、半反射ストリップ ６７を、軸合わせセンサ６６の前方において、第２二面体５９のエッジに対して 垂直に、配置しなければならない。これにより、反射されたビーム２４が、半反 射ストリップ６７を通過するとともに、空の一部の星からの光が、半反射ストリ ップ６７の他の面において、軸合わせセンサ６６に向けて反射される。 再度、図９を参照して、二面体５３の構成について、説明する。二面体５３は 、実際、三角形断面を有する石英プリズム７０である。プリズム７０は、互いに 直交している反射面５４、５５、および、透過面７１により形成されている。光 は、透過面７１を通して石英プリズム７０内に入射し、反射された後に、石英プ リズムから出ていく。反射面５４、５５は、反射性コーティング７２、７３で反 射面５４、５５をカバーすることによる、石英プリズム７０のメタライゼーショ ンにより、反射性とされている。 本発明における他の二面体は、すべて、２つのメタライズされた面を有する石 英プリズムにより、同様にして構成することができる。しかしながら、二面体１ ３、２１、１３’、２１’は、二面体１３、１３’に対する光入射面７４、７４ ’（図３および図４）、および、同じ二面体に対してのそれぞれ光出射面７５、 ７５’を備えて形成された四辺形断面を有することができる。プリズムが回転に より変位した場合であっても、入射面および出射面における屈折効果がバランス していることにより、反射されたビームは、入射ビームに対して直角のままであ る。二面体５３の透過用平面７１は、同じ屈折バランス効果を有している。 次に、以下の主要な手段の変形について説明する。ここで、図３のシステムを 、図１０のシステムに置き換えることができる。軸合わせセンサ３４を省略した 点のみが相違している。この場合、ステラセンサ４９を取り付けたプレート９０ には、軸合わせセンサ３４の位置に、ミラー９１をなす反射面が設けられている 。戻りビーム２５、２６は、ミラー９１により反射されて、順次リバースビーム ９２、９３、９４となって、二面体２１、１３へと、そして最終的には装置１へ と、向かう。リバースビームは、その通過規則が、ミラー９１へと向かうビーム の通過規則と同様であることから、概略的に図示されているだけである。 この場合、装置１は、宇宙船１８における配向の測定に関して、詳細には参照 として機能するプレート９０に対する配向の測定に関して、信頼性が高い。二面 体１３、２１の配向欠陥は、ここでは、リバースビーム９２〜９４が受ける偏向 補償のために、重要ではない。装置１上の光スポット５の像の変位は、システム の初期校正時に得られた参照像から計算されるものであって、観測軸Ａに対して の、初期校正以降の装置１の回転にのみ依存する。装置１は、特に適切な観測領 域を有することにより前記検出に対して適切であることが必要であることは、明 らかである。検出器アレイ４をかなり狭くできること、および、検出器アレイ４ を軸合わせセンサ３４の検出器アレイ３７のような正方形または矩形の検出器シ ステムに置き換え得ることは、この理由によるものである。しかしながら、装置 １により少なくとも２つのものを観測することを保証するために光スポット５の 数を増加させることにより、装置１を、狭い観測領域のままに維持することも、 また、可能である。その場合、このような状況のもとに、光スポットどうしが、 十分に不規則な構成に基づいて、あるいは、異なる使用波長に基づいて、確実に 識別されなければならない。 図１０の手段は、リバースビーム９２、９３を遮断するとともに光学系３の焦 点距離に適正にセッティングされるために、比較的大きな二面体を必要とすると いう欠点を有しているものの、軸合わせセンサ３４を不要とすることができる。 現時点では好ましくないけれども、この観点が、将来的には変わるかも知れない 。 図１１は、観測変更ミラー５０に関して、二面体５３または第２二面体５９を 長くすることが必要とされた場合に大きな角度変位が可能とされた、図８のシス テムの構成を示している。この場合、観測変更ミラー５０には、側面に、二面体 ５３、および、対応する二面体５３’が設けられている。二面体５３’は、第１ のものと同様のものではあるけれども、回転軸５２回りに第１のものに対して、 いくらか傾斜されている。この構成に基づいて、観測変更ミラー５０の角度軌跡 の一部については、符号１１で示すようなビームの一部が、遮断されて二面体５ ３により反射される。観測変更ミラー５０の角度軌跡の残りの部分については、 ビームの他の部分が、遮断されて対応する二面体５３’により反射される。測定 を双方の二面体５３、５３’で１度行うような、中間軌跡部分が存在する。二面 体５３、５３’の各々に対して、ステラセンサ６６が設けられている。あるいは 、逆に、二面体５３、５３’が共に反射ミラーの同一の側に設けられている場合 には、ただ１つのステラセンサ６６が設けられる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１０月１５日 【補正内容】 明細書 また、他の２つのカテゴリーは、ビークル上において装置を配向させるための 機構を備えた装置を含有しており、このような装置は、現在、主流である。装置 は、ビークルに対して固定されているけれども、観測変更ミラーが設けられてい る。観測変更ミラーは、装置の観測領域の前方に配置されており、ターン駆動さ れることにより、観測方向をランダムに変更することができる。この場合、観測 軸は、ずっと簡単に変更される。すべての場合において、可動機構または可動ミ ラーは、対応する配向不確定性を決める。 米国特許第４ １８７ ４２２号には、ステラセンサの配向校正システムが開示 されている。このシステムにおいては、センサと一体に設けられた光源から、光 パターンが放出され、プリズムにより、センサ上にパターンの像が反射される。 センサ上における像の位置から、センサの配向が得られる。 上記出願においては、光ビームが、観測軸に対して既知の配向とされた（原理 的には観測軸に対して平行とされた）光源から放射され、反射システムによって 光センサに向けて反射される。そして、地上での配置不確定性が数十ｍを超えな い程度にまで、観測軸の方向を、ずっと高い精度でもって推測することができる 。 本発明は、以前の出願において使用された原理を使用した観測装置のための配 向配置システムを目標としている。特に、表面上に光パターンを形成し得るとと もに光センサに向けて偏向される光ビームによって、装置の観測軸の具現化を目 標としている。本発明においては、観測軸の正確な評価を、この装置に対して適 用可能に独自に構成され、かつ、システムの初期校正からの変位および配向変位 に対して大いに不変である光学的デバイスによって、得ることができる。 請求の範囲 １．観測装置（１）のための配向配置システムであって、 前記装置（１）と一体に設けられかつ前記装置の焦点面に対して光パターンを 放出する光源（５）と、ミラー付光反射システムと、配向参照が設けられた光セ ンサ（６６）と、を具備してなり、 前記反射システムは、前記光源から前記センサへと光を伝達し得るよう構成さ れており、 前記ミラーは、前記光源からの光が連続して反射される２つの面を有する二面 体を備えており、 前記二面体（５３）は、前記装置の前方において回転する観測変更ミラー（５ ０）と一体に設けられ、 前記二面体の前記反射面どうし（５４、５５）は、直角を形成しているととも に、前記観測変更ミラーの平面に対して垂直なエッジ（５６）により連結されて いることを特徴とする観測装置のための配向配置システム。 ２．前記二面体は、直角三角形断面を有するとともに、反射面と、透明面（５５ ）とを有して構成されるプリズムであり、 前記光源からの光は、前記透明面を通して、前記プリズム中に入射しかつ前記 プリズムから出射し、 前記反射面は、前記プリズムのコーティングにより得られていることを特徴と する請求項１記載の配置システム。 ３．前記反射システムは、前記装置に対して固定されているとともに、前記ミラ ー（５０）に対して固定された前記二面体（５３）により反射された前記光源か らの光を前記センサ（６６）に対して反射させる第２プリズム（５９）を備え、 この第２プリズムの反射面（６１、７２）は、直角を形成しているとともに、 前記ミラーに固定された前記二面体のエッジと同一平面上にあるエッジ（６０） により連結され、 前記光センサは、ステラセンサであることを特徴とする請求項１または２記載 の配置システム。 ４．前記第２プリズムには、前記光源からの光が通るとともに星からの光を反射 する半反射性ストリップ（６７）が設けられていることを特徴とする請求項３記 載の配置システム。 ５．前記半反射性ストリップの平面は、前記第２プリズムの前記エッジと一体に 設けられているとともに、前記第２プリズムの前記エッジに対して垂直であるこ とを特徴とする請求項４記載の配置システム。 ６．光センサに向けて反射するための第２システムを具備し、 この第２システムは、直角をなすとともに前記観測変更ミラーの回転軸に対し て垂直なエッジにより連結された２つの反射面を有する二面体（５３’）を備え 、 前記二面体（５３、５３’）のエッジは、平行ではなく（図１１）、 前記反射システムは、前記観測変更ミラーの異なる角度軌跡部分に対して有効 であり、 光学システムは、前記光源からの光を拡げて拡がり光ビームを形成するために 、前記装置と前記二面体との間に配置され、 前記二面体は、前記拡がりビームの異なる部分を遮断することを特徴とする請 求項１記載の配置システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．観測装置（１）のための配向配置システムであって、 前記装置（１）と一体に設けられかつ前記装置の焦点面に対して光パターンを 放出する光源（５）と、ミラー付光反射システムと、配向参照が設けられた光セ ンサと、を具備してなり、 前記反射システムは、前記光源から前記センサへと光を伝達し得るよう構成さ れており、 前記ミラーは、前記光源からの光が連続して反射される２つの面を有する二面 体を備えていることを特徴とする観測装置のための配向配置システム。 ２．第２のミラー付光反射システムを具備し、 この第２システムは、前記光源からセンサへと光を伝達し得るよう構成されて おり、 この第２反射システムのミラーは、前記光源からの光が連続して反射される２ つの面を有する二面体を備え、 平行光線をなす光ビームを形成するために、前記光源からの光を伝達する、前 記装置の光学系が、前記光源と前記反射システムとの間において使用され、 前記複数の反射システムの各々の前記二面体は、静止しているとともに、前記 光ビームの対応部分を遮断することを特徴とする請求項１記載の配置システム。 ３．前記複数の二面体は、ただ１つのセンサ（３４）に向けて、収束方向に、前 記光源からの光を反射することを特徴とする請求項２記載の配置システム。 ４．前記複数の収束方向は、できる限り９０°に近い非零角度（Ｃ）を形成して いることを特徴とする請求項３記載の配置システム。 ５．前記二面体は、反射面どうしが４５°または１３５°の角度をなすとともに 、前記広げられたビームの方向に対して実質的に垂直なエッジにより連結された プリズム（１３、１３’、２１、２１’）であることを特徴とする請求項２記載 の配置システム。 ６．前記反射システムの各々は、２つの反射面が４５°または１３５°の角度を なすとともに、前記ビームを反射しかつ第１二面体を構成している同じ反射シス テムの前記二面体のエッジに対して実質的に平行なエッジにより連結されたプリ ズムの形態をなす第２二面体を具備し、 前記光源からの光は、前記第２二面体の前記２つの面で連続的に反射されると ともに、前記ビームに対して平行な方向にかつ前記センサに対して反対向きに、 前記第２二面体により反射され、 前記センサは、前記観測装置（１）に対して実質的に平行に配置されるととも に、プレート（９０）の一面に対して固定されており、 プレートの反対面には、ステラセンサが固定されていることを特徴とする請求 項５記載の配置システム。 ７．前記反射システムの各々は、２つの反射面が４５°または１３５°の角度を なすとともに、前記ビームを反射しかつ第１二面体を構成している同じ反射シス テムの前記二面体のエッジに対して実質的に平行なエッジにより連結されたプリ ズムの形態をなす第２二面体を具備し、 前記光源からの光は、前記第２二面体の前記２つの面で連続的に反射されると ともに、前記ビームに対して平行な方向にかつプレート（９０）の一面に形成さ れたミラー（９１）に対して反対向きに、前記第２二面体により反射され、 プレートの反対面には、配向センサが固定されており、 前記ミラーは、前記光源から前記反射システムの前記二面体へと向かう光、お よび、リバースビーム（９２、９３、９４）として前記装置へと向かう光を反射 し得るように、実質的に前記装置と同様に配向され、 前記光センサは、前記装置と一体に設けられるとともに、前記装置上に配置さ れているかまたは前記装置に一致していることを特徴とする請求項５記載の配置 システム。 ８．前記二面体は、四辺形断面を有するとともに、反射面と、直角をなす２つの 隣接する透明面とを有して構成されるプリズムであり、 前記透明面の一方は、前記光源からの光に対しての入射面であり、 前記透明面の他方は、前記光源からの光に対しての出射面であり、 前記反射面は、前記プリズムのコーティングにより得られていることを特徴と する請求項６または７記載の配置システム。 ９．前記反射システムは、前記光源からの光を、前記装置に向けて、前記二面体 によって逆方向へと反射するミラーを備え、 前記光センサは、前記装置と一体に設けられるとともに、前記装置上に配置さ れているかまたは前記装置に一致していることを特徴とする請求項１記載の配置 システム。 １０．前記二面体は、前記装置の前方において回転する観測変更ミラーと一体に 設けられ、 前記二面体の前記反射面どうしは、直角を形成しているとともに、前記観測変 更ミラーの平面に対して垂直なエッジにより連結されていることを特徴とする請 求項１記載の配置システム。 １１．前記二面体は、直角三角形断面を有するとともに、反射面と、透明面とを 有して構成されるプリズムであり、 前記光源からの光は、前記透明面を通して、前記プリズム中に入射しかつ前記 プリズムから出射し、 前記反射面は、前記プリズムのコーティングにより得られていることを特徴と する請求項１０記載の配置システム。 １２．前記反射システムは、前記装置に対して固定されているとともに、前記ミ ラーに対して固定された前記二面体により反射された前記光源からの光を前記セ ンサに対して反射させる第２プリズムを備え、 この第２プリズムの反射面は、直角を形成しているとともに、前記ミラーに固 定された前記二面体のエッジと同一平面上にあるエッジにより連結され、 前記光センサは、ステラセンサであることを特徴とする請求項１０または１１ 記載の配置システム。 １３．前記第２プリズムには、前記光源からの光が通るとともに星からの光を反 射する半反射性ストリップが設けられていることを特徴とする請求項１２記載の 配置システム。 １４．前記半反射性ストリップの平面は、前記第２プリズムの前記エッジと一体 に設けられているとともに、前記第２プリズムの前記エッジに対して垂直である ことを特徴とする請求項１３記載の配置システム。 １５．光センサに向けて反射するための第２システムを具備し、 この第２システムは、直角をなすとともに前記観測変更ミラーの回転軸に対し て垂直なエッジにより連結された２つの反射面を有する二面体を備え、 前記二面体（５３、５３’）のエッジは、平行ではなく（図１１）、 前記反射システムは、前記観測変更ミラーの異なる角度軌跡部分に対して有効 であり、 光学システムは、前記光源からの光を拡げて拡がり光ビームを形成するために 、前記装置と前記二面体との間に配置され、 前記二面体は、前記拡がりビームの異なる部分を遮断することを特徴とする請 求項１０記載の配置システム。