JP2019159137A - 光学系支持構造および支持調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的性能を劣化させることなく、振動や温度の変動が大きい環境下であっても光学系を高精度かつ高剛性で支持することができる支持構造および支持調整方法を提供する。【解決手段】主鏡と副鏡とを支持する支持機構は、ベースプレート３０と、ベースプレート上に固定されたトラス組立体２０と、トラス組立体上に固定されたリング状の第一ブラケット２０１と、第一ブラケット上に所定の接続箇所で固定されたリング状のスパイダリング部１０と、からなり、主鏡２００がトラス組立体内のベースプレート上に取り付けられ、副鏡１００がスパイダリング部１０のリング中央部にスパイダ１０２により取り付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は高精度が要求される光学系の支持構造に関する。

人工衛星等の宇宙機に搭載される反射望遠鏡には、打ち上げ時の振動や大きな温度変動環境であっても光学性能に劣化が生じない対策が必要である。特に、秒角の精度（１秒角は１ｋｍ先で５ｍｍ以内に収まる精度）が要求されるミラーには、振動環境や温度変動環境に対して、その位置精度を維持できる支持機構が不可欠である。このような支持機構の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された支持機構は、主鏡および副鏡を支持するトラス構造を３支点でベースパネルに固定する。このトラス構造は、主鏡を支持する比較的大きい三角形状の支持部材と、副鏡を支持する比較的小さな三角形状の支持部材とを、それぞれの対応頂点を結ぶトラスロッドにより接合することで形成される。

また、特許文献２に開示された支持機構は、主鏡取付ベースと副鏡取付ベースとにそれぞれ中間ベースを設け、これらの中間ベースの間をスパイダにより接合し、中間ベースと主鏡取付ベースおよび副鏡取付ベースとの間をそれぞれトラスにより接合する。

特開２００２−１２４８０９号公報 特開２００２−２１４５３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された支持機構は、副鏡の近傍にトラスロッドの接合点が設置されているために、温度変化等によるロッドの伸縮による副鏡の角度変化、面内並進方向変化の感度が高いという難点がある。さらに、入射光を３本のトラスロッドが遮る構造が光学性能を劣化させる要因となる。

また、特許文献２に開示された支持機構は、主鏡を囲むトラスと副鏡を囲むトラスとが中間ベースおよびスパイダを介して接合するために、構造が複雑化する上に機械的強度が向上するとは限らない。さらに、中間ベースを支えるスパイダと副鏡を囲むトラスとが主鏡への入射光を遮り、光学的性能を劣化させる原因となる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光学的性能を劣化させることなく、振動や温度の変動が大きい環境下であっても光学系を高精度かつ高剛性で支持することができる支持構造および支持調整方法を提供することある。

本発明の一態様によれば、主鏡と副鏡とを支持する支持機構であって、ベースプレートと、前記ベースプレート上に固定されたトラス組立体と、前記トラス組立体上に固定されたリング状の第一ブラケットと、前記第一ブラケット上に所定の接続箇所で固定されたリング状のスパイダリング部と、からなり、前記主鏡が前記トラス組立体内の前記ベースプレート上に取り付けられ、前記副鏡が前記スパイダリング部のリング中央部にスパイダにより取り付けられる。
本発明の他の態様によれば、主鏡と副鏡とを支持する支持機構における支持調整方法であって、前記支持機構が、ベースプレートと、前記ベースプレート上に固定されたトラス組立体と、前記トラス組立体上に固定されたリング状の第一ブラケットと、前記第一ブラケット上に複数の所定接続箇所で固定されたリング状のスパイダリング部と、からなり、前記主鏡が前記トラス組立体内の前記ベースプレート上に取り付けられ、前記副鏡が前記スパイダリング部のリング中央部にスパイダにより取り付けられた構造を有し、前記複数の所定接続箇所で、前記第一ブラケットと前記スパイダリング部との間にスペーサを挟み、前記複数の所定接続箇所におけるそれぞれのスペーサの厚さを調整することで、前記副鏡の前記主鏡に対する角度を調整する。

本発明によれば、光学的性能を劣化させることなく、振動や温度の変動が大きい環境下であっても光学系を高精度かつ高剛性で支持することができる。

図１は本発明の第１実施形態による光学系支持構造の概略的構成を示す斜視図である。 図２は本発明の第２実施形態による光学系支持構造の概略的構成を示す分解斜視図である。 図３は本発明の一実施例による光学系支持構造の側面図である。 図４は図３に示す光学系支持構造におけるスパイダリング部とトラス組立体との接続構造を説明するための分解斜視図である。 図５は図３に示す光学系支持構造の平面図である。 図６は図５に示す接続構造の一例を示す断面図である。 図７は本発明を適用した光学式望遠鏡の一例を示す概略的構成図である。

＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、主鏡および副鏡の支持機構が、ベースプレート上にトラス組立体によりリング状のブラケットを固定し、そのブラケット上に複数点でリング状のスパイダリング部が固定される。主鏡はトラス組立体内のベースプレート上に取り付けられ、副鏡はスパイダリング部の中央部にスパイダにより取り付けられる。

このように、本実施形態によれば、主鏡周辺に設けられたトラス組立体と副鏡を支持するスパイダリング部とを独立させ、静定構造とする。これにより他からの歪入力に対して主鏡と副鏡との間の相対的な位置および角度を維持することができる。したがって、振動や温度の変動が大きい環境下であっても、光学系を高精度かつ高剛性で支持することができる。特に、人工衛星等の宇宙機に搭載された場合、打ち上げ時の振動や宇宙環境での温度変動に対して光学系の位置精度を維持することができ、光学的性能の劣化を防止できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態および実施例に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。また、図１〜図７は、本発明の一実施形態および一実施例による支持機構の構成および動作を説明するための例示であり、その各部材、各構成要素の実際の形状、寸法および比率を示すものではない。

１．第１実施形態
図１に例示するように、本実施形態による光学系支持機構は、スパイダリング部１０と、トラス組立体２０と、ベースプレート３０とからなる。副鏡１００はスパイダリング部１０内に支持され、主鏡２００はトラス組立体２０に囲まれたベースプレート３０上に支持される。

スパイダリング部１０はリング状のスパイダリングブラケット１０１からなり、その中央部に副鏡１００がスパイダにより支持される。スパイダ１０２は、スパイダリングブラケット１０１の内側から延びて副鏡１００を支持する。本実施形態によれば、スパイダリングブラケット１０１は３つの接続点Ａ、ＢおよびＣでトラス組立体２０に固定され、これら接続点Ａ、ＢおよびＣに副鏡１００を支持する３本のスパイダ１０２が固定される。また、接続点Ａ、ＢおよびＣは、スパイダリングブラケット１０１に内接する正三角形の３頂点に対応する位置関係にある。スパイダ１０２は、図１では模式的に実線で記載されているが、主鏡２００および副鏡１００の光軸方向からみると極めて小さな断面を有するプレート形状であり、小さな遮光率（主鏡への入射光が構造体等により遮蔽される割合）と十分な機械的強度を有する。

トラス組立体２０は、リング状のトラス側ブラケット２０１と、トラス構造を形成する複数のトラスロッド２０２と、からなる。本実施形態では、一例として、トラス側ブラケット２０１が６本のトラスロッド２０２の上側３支点で支持される。トラス側ブラケット２０１は、スパイダリングブラケット１０１と接続点Ａ、ＢおよびＣの位置で固定される。望ましくは、上側３支点の位置が接続点Ａ、ＢおよびＣにそれぞれ対応する。トラス側ブラケット２０１とスパイダリングブラケット１０１との固定には、任意の固着手段を用いることができ、典型的には、ねじ止めである。トラス組立体２０はトラス構造を有する複数のトラスロッド２０２から構成される。典型的には、図１に例示するように、２本のトラスロッド一組で１つの支点を形成する３点支持構成である。

トラスロッド２０２の下側３支点は主鏡２００を包囲するようにベースプレート３０に固定される。このように、トラス組立体２０のトラスロッドがトラス側ブラケット２０１とベースプレート３０とに固定されることで、スパイダリング部１０を支持する静定構造を形成できる。なお、ベースプレート３０は、キネマティックマウント４０等の取付部材を介して、例えば宇宙機本体に固定される。

上述したように、第１実施形態による支持機構は、主鏡２００を囲むトラス組立体２０と副鏡１００を支持するスパイダリング部１０とが、接続点Ａ、ＢおよびＣの位置で固定された静定構造を形成する。これにより、外部振動や温度変化等が大きい環境により外部の構造体が歪んでも、主鏡２００と副鏡１００との間の相対的な位置および角度を高精度に維持することができる。さらに、リング状のスパイダリング部１０に副鏡１００をスパイダ支持することで、主鏡２００への入射光を遮光する割合を小さくすることができる。

このような構成により、光学的性能を低下させることなく、主鏡２００および副鏡１００を高精度かつ高剛性で支持することが可能となる。たとえば、トラス組立体２０のトラスロッド２０２に線膨張係数の小さい材料を適用することで、外部の温度変動によりトラスロッド２０２が伸縮したとしても、副鏡１００のチルト角の変化を小さくできる。これにより、外部の環境に対して、よりロバストな（感度が低い）特性を得ることができる。
また、トラス組立体２０をベースプレートと３点で支持して静定構造とすることで、ベースプレートが歪んでも主鏡２００と副鏡１００間の位置精度を保つことができる。

２．第２実施形態
図２に例示するように、本実施形態による光学系支持機構は、第１実施形態と同様の静定構造を有するが、リング状のスパイダリング部１０とトラス組立体２０との間の接合部にスペーサ７０を介在させたことが異なる。以下、図１に示す支持機構と同じ部材には同一参照番号を付して説明は省略する。

スパイダリング部１０のスパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１とは、接続点Ａ、ＢおよびＣにそれぞれ対応する位置でスペーサ７０を介して３点結合される。したがって、３個のスペーサ７０の厚さを一律に調整することで、主鏡２００と副鏡１００との間の光軸方向の距離を調整することができる。

さらに、３個のスペーサ７０を所定の異なる厚さに設定することで、副鏡１００のチルト角を所望の方向で調整することもできる。スパイダリングブラケット１０１の接続点Ａ、ＢおよびＣは、副鏡１００からスパイダの長さだけ離れた位置にある。したがって、接続点Ａ、ＢおよびＣの位置にあるスペーサ７０の厚さを変化させることで、副鏡１００のチルト角を高精度に調整することができる。言い換えれば、スペーサ調整部位が主鏡１００の径より大きい径のスパイダリングブラケット１０１およびトラス側ブラケット２０１の円周上に配置される。このように副鏡１００の径より大きい径のブラケット上で厚さ設定をするために、副鏡１００を直接調整するのに比べて、副鏡１００のチルト角の調整精度を向上させることができる。さらに、同一構造が逆に作用して、温度変動によりトラスロッド２０２が伸縮しても、副鏡１００のチルト角の変化を小さくでき、温度変動環境に対してロバストな（感度が低い）特性を得ることができる。

また、スパイダリングブラケット１０１およびスペーサ７０に貫通孔を設け、ねじ止めによりスパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１とを固定することができる。この固定方法の場合、スパイダリングブラケット１０１の貫通孔の径をねじ部の径より大きくすることで、スパイダリング部１０をトラス組立体２０に対して水平方向に、すなわち光軸に直交する平面内で位置調整することが可能である。また、接着剤によりスパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１とを固定してもよい。

上述したように、第２実施形態による支持機構は、上述した第１実施形態の効果に加えて、スペーサ７０を使用することで、副鏡１００の位置調整を光軸方向、光軸と直交する方向あるいは光軸に対する傾き方向に柔軟に行うことが可能となる。

３．一実施例
以下、本発明の一実施例による支持機構について図３〜６を参照しながら詳細に説明する。本実施例は、スペーサ７０を設けた第２実施形態（図２）の一例であるが、スペーサ７０を除けば第１実施形態による支持機構の一例でもある。以下、図２に示す支持機構と同じ部材には同一参照番号を付して説明を簡略化する。

３．１）構成
図３を参照すると、本実施例による光学系支持機構は、スパイダリング部１０とトラス組立体２０とがスペーサ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃを介して接合され、トラス組立体２０がベースプレート３０上に固定される。副鏡１００は、後述するように、スパイダリング部１０内の中央にスパイダ支持され、主鏡２００はトラス組立体２０のトラスロッド２０２に囲まれたベースプレート３０上に固定される。なお、主鏡２００の中央部には開口部２００ａが、ベースプレート３０の中央部には開口部３０ａが形成されている。これらの開口部２００ａおよび３０ａは、副鏡１００からの反射光を通過させるために設けられている。

＜スパイダリング部＞
図４および図５に例示するように、スパイダリング部１０はリング状のスパイダリングブラケット１０１と、３枚のスパイダ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃとからなる。スパイダ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃは、接続部１０３Ａ、１０３Ｂおよび１０３Ｃにそれぞれ対応する内側面の位置から延びて副鏡１００を中央部に支持する。スパイダリングブラケット１０１は、各スパイダの幅以上の高さを有する円筒形状を有し、上端部と下端部とが内側に折り込まれたコ字型の断面を有することで機械的な剛性・強度を向上させている。

スパイダ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃは、十分な機械的強度を保持し、かつ厚さが十分小さい矩形プレート形状を有する。各スパイダは、長手方向でスパイダリングブラケット１０１の内側面と副鏡１００とを接続し、幅方向を副鏡１００の光軸方向に一致させるように配置される。したがって、図５に典型的に示すように、主鏡２００および副鏡１００の光軸方向からみると、スパイダ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃは、トラスロッド２０２と比較して、極めて小さな断面となり、主鏡２００に到達する観測光の遮蔽を最小化できる。

また、スパイダ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃは、それぞれが副鏡１００の接線方向であって、副鏡１００の中心角１２０°の間隔で副鏡１００と接合するように配置される。このような支持機構は、各スパイダの温度変化により長さが変化しても、副鏡１００の光軸方向の位置変化を抑制できる。

スパイダリングブラケット１０１の接続部１０３Ａ、１０３Ｂおよび１０３Ｃは、トラス側ブラケット２０１の接続部２０３Ａ、２０３Ｂおよび２０３Ｃにそれぞれ対応する。スパイダリングブラケット１０１は、それぞれ対応する接続部でスペーサ７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃをそれぞれ挟んで、トラス側ブラケット２０１に固定される。接続部１０３Ａ、１０３Ｂおよび１０３Ｃはスパイダリングブラケット１０１に内接する正三角形の３頂点に対応する位置に設けられる。

＜トラス組立体＞
トラス組立体２０は、リング状のトラス側ブラケット２０１と、トラス構造を形成する６本のトラスロッド２０２と、からなる。６本のトラスロッド２０２の上端は、２本ずつが１つの支点部に接続され、上側３支点部２０４Ａ、２０４Ｂおよび２０４Ｃでトラス側ブラケット２０１を支持する。支点部２０４Ａ、２０４Ｂおよび２０４Ｃの配置は、図４および図５に例示するように、スペーサ７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃがそれぞれ挟まれた接続部２０３Ａ、２０３Ｂおよび２０３Ｃにそれぞれ対応する。

６本のトラスロッド２０２の下端は、２本ずつが１つのベース側支点部に接続され、ベース側支点部２０５ＡＢ、２０５ＢＣおよび２０５ＣＡでベースプレート５０に固定される。図３および図５に示すように、ベース側支点部２０５ＡＢは、２本のトラスロッド２０２により、上側支点２０４Ａおよび２０４Ｂにそれぞれ接続される。同様に、ベース側支点部２０５ＢＣは、別の２本のトラスロッド２０２により、上側支点２０４Ｂおよび２０４Ｃに、ベース側支点部２０５ＣＡは、残りの２本のトラスロッド２０２により、上側支点２０４Ｃおよび２０４Ａに、それぞれ接続される。

図５に明示されるように、ベース側支点部２０５ＡＢ、２０５ＢＣおよび２０５ＣＡは、主鏡２００を取り囲む、正三角形の３頂点に対応するように配置される。また、ベース側支点部２０５ＡＢ、２０５ＢＣおよび２０５ＣＡが形成する正三角形は、上側３支点部２０４Ａ、２０４Ｂおよび２０４Ｃが形成する正三角形に対して６０°回転した位置関係にある。なお、本実施例におけるベースプレート５０は、ベース側支点部２０５ＡＢ、２０５ＢＣおよび２０５ＣＡの配置に対応した正三角形の形状を有する。このように、トラス組立体２０は、ベースプレート５０および６本のトラスロッド２０２により静定構造を形成し、スパイダリング部１０を高剛性で支持することができる。

＜ブラケット接続部＞
スパイダリングブラケット１０１の接続部１０３Ａ、１０３Ｂおよび１０３Ｃは、トラス側ブラケット２０１の接続部２０３Ａ、２０３Ｂおよび２０３Ｃとスペーサ７０Ａ、７０Ｂおよび７０Ｃをそれぞれ挟んで固定される。以下、これらブラケット接続部の一例を図６を参照しながら説明する。図６は任意のブラケット接続部の断面を示し、接続部１０３Ａ、１０３Ｂまたは１０３Ｃを「接続部１０３」、接続部２０３Ａ、２０３Ｂまたは２０３Ｃを「接続部２０３」、スペーサ７０Ａ、７０Ｂまたは７０Ｃを「スペーサ７０」と記すものとする。また、図６および図４では、接続部一カ所あたり２本の固定ねじが使用されているが、これは一例であり、１本の固定ねじあるいは３本以上の固定ねじ、またはねじ以外の固着手段を用いることもできる。

図６において、スパイダリングブラケット１０１の接続部１０３には２つの貫通穴１０１．１および１０１．２が形成され、スペーサ７０にはそれぞれ対応する貫通穴７０．１および７０．２が形成される。これらの貫通穴を通して固定ねじ３０１および３０２をトラス側ブラケット２０１の接続部２０３のねじ穴と螺合させる。これによりスパイダリングブラケット１０１がスペーサ７０を挟んでトラス側ブラケット２０１に固定される。さらに、本実施例では、スパイダリングブラケット１０１とスペーサ７０の貫通穴の径が固定ねじ３０１および３０２のねじ部の径より十分大きく形成される。したがって、これらの貫通穴と固定ねじ３０１および３０２との間にはクリアランスが形成される。このクリアランスおよびスペーサの厚さＤを適当に設定することで、スパイダリング部１０の位置および姿勢の調整が可能となる。

本実施例によれば、主鏡２００に対する副鏡１００のＺ軸（光軸）方向の位置は、３カ所のスペーサ７０Ａ、７０Ｂまたは７０Ｃの厚さＤを一律に設定することで調整可能である。また、Ｘ軸あるいはＹ軸方向の位置あるいはＺ軸回りの角度（すなわちＸ−Ｙ平面上のズレ）は、スパイダリングブラケット１０１と固定ねじ３０１および３０２との間のクリアランスを利用して吸収可能である。また、Ｘ軸回りあるいはＹ軸回りのチルト角は、スペーサ７０Ａ、７０Ｂまたは７０Ｃのそれぞれの厚さＤａ、ＤｂおよびＤｃを適宜変えることで調整可能である。特に、スペーサ７０Ａ、７０Ｂまたは７０Ｃが主鏡２００の径より大きいスパイダリングブラケットの周囲に配置されるので、副鏡１００のチルト角を高精度に調整可能となる。

たとえば、副鏡１００を支持するスパイダリング部１０を動かして、主鏡１００に対する副鏡１００の最適な位置におけるスパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１との間のＺ軸（光軸）方向の位置、Ｘ−Ｙ平面上のズレおよびＸ軸／Ｙ軸回りのチルト角を求める。続いて、ノミナルで用意したスペーサ７０Ａ、７０Ｂまたは７０Ｃを、副鏡１００が光学的に最適状態となる寸法にそれぞれ加工する。言い換えれば、スパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１との間は、予め隙間が生じる設計にしておき、最適位置となる隙間に合わせた３つのスペーサ７０Ａ、７０Ｂまたは７０Ｃを用意すればよい。

３．２）適用例
以下、本実施例による支持機構を光学式望遠鏡に適用した一例について図７を参照しながら説明する。

図７に例示するように、光学式望遠鏡４００の副鏡１００および主鏡２００は、本実施例による支持機構により支持され、さらに副鏡１００は焦点調整機構４０１により焦点調整が可能である。本実施例による支持機構により主鏡２００と副鏡１００とは光軸が一致するように支持される。主鏡２００により集光された入射光束は、副鏡１００で反射され、主鏡２００およびベースプレートの中央部に設けられた開口部２００ａおよび３０ａを通過する。通過した光束は３次鏡４０２により集光された後、第１折曲鏡４０３および第２折曲鏡４０４でそれぞれ反射されて光検出器４０５上に結像する。

高精度な光学式望遠鏡を実現するには、各反射鏡が最適な位置に設置される必要がある。特に、主鏡２００と副鏡１００との相対位置および相対角度が最も感度が高くなる。したがって、スパイダリング部１０に支持された副鏡１００の高精度調整が最も有効である。また、宇宙用の望遠鏡にとって避けられない打ち上げ時の振動環境や軌道上での温度変動環境に対して、相対位置を維持する必要がある。本実施例による支持機構は、このような過酷な環境であっても、主鏡２００と副鏡１００とを高精度で高剛性に支持することができる。以下、本実施例による支持機構がどのような効果を奏するかについて説明する。

３．３）効果
上述したように、本実施例によれば、ベースプレート３０上の主鏡２００を囲むトラス組立体２０と副鏡１００を支持するスパイダリング部１０とが３か所のブラケット接続部で接合した静定構造を形成する。静定構造は、言い換えると構造内部に歪を蓄えない構造様式であるので、内部に蓄えられた歪が振動環境や温度変化が加わることにより変位として露呈することを防止できる。これにより、外部振動や温度変化等が大きい環境にあっても、主鏡２００と副鏡１００との間の相対的な位置および角度を維持することができる。さらに、リング状のスパイダリング部１０において、入射側から見た断面積が極めて小さいスパイダにより副鏡１００を支持することで、主鏡２００への入射光を遮光する割合を小さくすることができる。このような構成により、光学的性能を低下させることなく、主鏡２００および副鏡１００を高精度かつ高剛性で支持することができる。

スパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１とは、ともに主鏡１００の径より大きい径を有し、それらの円周上の３点の接続部で結合する。したがって、副鏡１００は、その径より大きい径のスパイダリングブラケット１０１にスパイダにより支持される。このために、温度変動によりトラスロッド２０２が伸縮しても、副鏡１００のチルト角の変化を小さくでき、温度変動環境に対してロバストな（感度が低い）特性を得ることができる。

また、本実施例による支持機構は、構造本体（トラス組立体２０）と副鏡を支持する部分構造（スパイダリング部１０）とを独立させ、それらを結合した構造を有する。トラス組立体２０は構造体として独立自立しており、高剛性の静定構造体である。静定構造とすることで、ベースプレート３０から歪が入力されても影響が最小化される。このトラス・静定構造により、ベースプレート３０にねじれや面外変形が発生しても、モーメント荷重はスパイダリング部１０に伝達されない。これにより、トラス組立体２０の構造内部に生じる歪が最小となり、振動・熱環境で内部歪の解放によって発生する主鏡２００と副鏡１００との間の相対位置・角度変化の発生が抑制される。

さらに、副鏡１００を支持するスパイダ１０２は軽量な構造かつ重力方向に高い剛性を有する。このために、地上の重力環境に対しても副鏡１００周りのたわみを極力抑えることができる。地上での重力環境でのたわみを抑えることができれば、重力環境と軌道上の無重力環境との間で、たわみの差異を小さくできる。これによって、地上において軌道上での性能に対する予測精度が向上し、軌道上で高精度性能を得ることができる。さらに、トラス組立体２０により３点支持されるので、静定支持として、トラス組立体２０から副鏡１００に伝わる歪を最小化できる。

また、本実施例では、スパイダリング部１０とトラス組立体２０の結合部分にスペーサ７０などの隙間調整要素を設ける。通常、スペーサは結合部に隙間があるときに使用するものであるが、本実施例では、予め隙間を想定して、厚みのあるスペーサを使用する設計とする。スペーサの介在により、副鏡１００の位置および傾きを調整して主鏡２００と副鏡１００との間の相対位置および相対角度を最適に保つことができる。また、トラス組立体２０とスパイダリング部１０との間にスペーサ７０を挟んで調整する方式のため、構造が単純で、強固に結合することができる。

さらに、結合部のねじの締め付けトルクを管理することで、振動環境に対してズレたりすることがなく、主鏡−副鏡間の相対位置を最適状態に維持できる。したがって、本実施例による支持機構は、宇宙用の反射望遠鏡だけでなく、地上の望遠鏡の光学系支持装置としても適用可能である。

本実施例による支持機構では、スペーサ調整部位がリング状のブラケットに沿って配置されている。したがって、スペーサ調整部の位置は主鏡２００の径より大きい円周上にあり、副鏡１００の径に対して大きい。このために、本実施例では、副鏡１００の周辺でスペーサ調整を行う場合に比べて、同じスペーサ厚に対する副鏡１００のチルト量が小さい。言い換えれば、副鏡１００から離れたスパイダリング外周部で調整を行うことで、同じスペーサ厚に対して副鏡１００の角度変化の感度を低くすることができる。したがって、本実施例によれば、スペーサ厚を調整することで、副鏡１００の位置および角度をより高精度に調整することができる。

さらに、温度変動によりトラスロッドが伸縮した場合、本実施例では副鏡１００のチルト角の変化が小さくなるため、外部の環境に対して、よりロバストな（感度が低い）特性を得ることができる。

なお、スペーサ７０は次のようにして形成する。まず、副鏡１００を取り付けたスパイダリング部１０を６軸調整ステージ（冶具）に設置する。続いて、スパイダリング部１０を調整して副鏡１００の光学的に最適な位置を求める。スパイダリング部１０の最適位置におけるスパイダリングブラケット１０１とトラス側ブラケット２０１との間の隙間を測定し、その隙間に応じた厚さのスペーサを選択あるいは加工する。こうしてスペーサ調整に伴う繰り返し作業を最小化して効率化できる。

本発明は、宇宙空間で使用される光学式反射望遠鏡のミラーを支持する装置に適用することができる。本発明は宇宙用の望遠鏡のみでなく、温度変動が生じる地上で使用する望遠鏡の支持構造としても有効である。また、スペーサ調整方法は地上の望遠鏡にも適用できる。

１０ スパイダリング部
２０ トラス組立体
３０ ベースプレート
４０ キネマティックマウント
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ スペーサ
１００ 副鏡
１０１ スパイダリングブラケット
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ スパイダ
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ 接続部
２００ 主鏡
２０１ トラス側ブラケット
２０２ トラスロッド
２０３、２０３Ａ、２０３Ｂ、２０３Ｃ 接続部
２０４、２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ 支点部
３０１、３０２ 固定ねじ
４０１ 焦点調整機構
４０２ ３次鏡
４０３ 第１折曲鏡
４０４ 第２折曲鏡
４０５ 光検出器

Claims (10)

1. 主鏡と副鏡とを支持する光学系支持機構であって、
   ベースプレートと、
   前記ベースプレート上に固定されたトラス組立体と、
   前記トラス組立体上に固定されたリング状の第一ブラケットと、
   前記第一ブラケット上に所定の接続箇所で固定されたリング状のスパイダリング部と、
   からなり、
   前記主鏡が前記トラス組立体内の前記ベースプレート上に取り付けられ、前記副鏡が前記スパイダリング部のリング中央部にスパイダにより取り付けられた支持機構。
2. 前記第一ブラケットおよび前記スパイダリング部の内径が前記主鏡の径以上であり、前記トラス組立体のトラスロッドが２本一組で前記第一ブラケットを３点支持する、請求項１に記載の支持機構。
3. 前記スパイダリング部が、
   リング状の第二ブラケットと、
   前記第二ブラケットのリング中央部に前記副鏡を支持する３本のスパイダと、
   からなり、前記第二ブラケットが前記第一ブラケット上に所定の接続箇所で固定された、請求項１または２に記載の支持機構。
4. 前記スパイダは十分小さい厚さを有する矩形プレートであり、前記矩形プレートの長さ方向で前記第二ブラケットの内側と前記副鏡とを接続し、前記矩形プレートの幅方向を前記主鏡および前記副鏡の光軸方向に一致させた、請求項１−３のいずれか１項に記載の支持機構。
5. 前記第一ブラケットと前記スパイダリング部とを固定する前記所定の接続箇所は、正三角形の頂点に対応する３点である、請求項１−４のいずれか１項に記載の支持機構。
6. 前記トラスロッドの前記ベースプレートとの固定点は、前記主鏡の周りの正三角形の頂点に対応する３点であり、前記所定の接続箇所の３点と前記固定点の３点とは６０°位相がずれている、請求項５に記載の支持機構。
7. 前記所定の接続箇所は、前記第一ブラケットと前記スパイダリング部との間に調整された厚さを有するスペーサを挟んだ構造を有する、請求項１−６のいずれか１項に記載の支持機構。
8. 主鏡と副鏡とを支持する光学系支持機構における支持調整方法であって、
   前記支持機構が、ベースプレートと、前記ベースプレート上に固定されたトラス組立体と、前記トラス組立体上に固定されたリング状の第一ブラケットと、前記第一ブラケット上に複数の所定接続箇所で固定されたリング状のスパイダリング部と、からなり、前記主鏡が前記トラス組立体内の前記ベースプレート上に取り付けられ、前記副鏡が前記スパイダリング部のリング中央部にスパイダにより取り付けられた構造を有し、
   前記複数の所定接続箇所で、前記第一ブラケットと前記スパイダリング部との間にスペーサを挟み、
   前記複数の所定接続箇所におけるそれぞれのスペーサの厚さを調整することで、前記副鏡の前記主鏡に対する角度を調整する、
   支持調整方法。
9. 前記第一ブラケットおよび前記スパイダリング部の内径が前記主鏡の径以上であり、前記トラス組立体のトラスロッドが２本一組で前記第一ブラケットを３点支持する、請求項８に記載の支持調整方法。
10. 前記複数の所定接続箇所において、所定の固着手段が前記スパイダリング部と前記第一ブラケットとを締め付け、前記スパイダリング部の貫通穴の径を前記固着手段の径より大きくすることで、前記主鏡の光軸に対する前記副鏡の光軸の位置を調整する、請求項８または９に記載の支持調整方法。

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