JP4433805B2

JP4433805B2 - 鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置

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Publication number: JP4433805B2
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Inventors: 丈治大島; 昇伊藤
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Description

この発明は、望遠鏡に組み込まれる鏡に生じる変形により鏡面精度が劣化することを抑制するように鏡を支持する鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置に関するものである。

非特許文献１には、従来の望遠鏡装置における鏡の支持機構が記載されている。この非特許文献１中の図４．２４（Ｐ．２９０）及び対応する説明文によれば、主鏡の鏡軸方向支持としてウィッフルツリー（ｗｈｉｆｆｌｅ―ｔｒｅｅ）支持構造が開示されている。このウィッフルツリー支持構造は、３個の固定点に球面座が設けられ、これらの球面座に三又の棹がのせられ、その先に球面座を介して主鏡の９個のパッドが載せられたものである。固定点に設けられた球面座によって、三又の棹は自由に傾いて主鏡の背面に沿い、主鏡の９個のパッドが同一平面内にそろうものである。この支持構造によって、支持構造の内部応力が主鏡に伝わって有害変形が生じないようになっている。

反射望遠鏡、山下泰正著、４．２．１鏡の位置制御と力制御、Ｐ２８７−Ｐ２９１、東京大学出版会発行、１９９２年

近年における天体観測等を行う光学望遠鏡あるいは電波望遠鏡は、分解能を向上させ、より精密な観測を行えるよう、その主鏡を大型化する傾向にある。このような大型望遠鏡においては、主鏡は１又は複数の鏡パネルから構成されており、例えば１の主鏡で構成する場合には、主鏡に生じる温度分布による変形や重力傾斜による変形を補正するために鏡を能動的に駆動して鏡面補正を図る手法が用いられている。また主鏡が複数の鏡パネルから構成され、全体として１つの主鏡を形成する場合にも、同様に各鏡パネルの鏡軸方向の位置や、傾きを調整するために能動的に鏡パネルを駆動することが行われるようになってきた。非特許文献１に開示された従来の鏡の支持構造によれば、受動的な支持構造中に複数の球面座等の機構部品を用いる技術が開示されているが、これに能動的な駆動機構を付加して主鏡或いは個々の鏡パネルを駆動しようとすると、支持構造中の機構部品で生じるガタ要素や支持構造が有する低剛性のために、駆動制御のバンド幅を大きくとることができないという問題点があった。また、主鏡の大型化や、鏡パネル数の増加に伴なって、従来の支持構造では、部品点数が飛躍的に増大して高コスト化するとともに、この部品点数の増加によって、構造の複雑化や製造・組立て精度の劣化を招くという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、鏡に生じる変形により鏡面精度が劣化することを抑制し、能動駆動系での駆動制御帯域を広くすることできる鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る鏡支持機構は、鏡の背面に設けるミラーセルと、このミラーセルと上記鏡との間に設けられ、流体圧によって容積が変化する容器によって上記鏡に支持圧力を加える流体圧支持機構と、上記鏡に連結するロッド、このロッドに設けられ、電磁力によって駆動される被駆動部材、この被駆動部材に対向して設けた電磁石、上記ロッドと上記ミラーセルとの間に設けられ流体圧によって容積が変化して上記鏡に支持圧力を加える容器を有する電磁吸引型アクチュエータと、上記流体圧支持機構内の容器への流体圧と上記電磁吸引型アクチュエータ内の容器への流体圧を制御する流体圧制御装置とを備えたものである。

請求項２の発明に係る光学装置は、複数のセグメント鏡と、この複数のセグメント鏡の背面に設けるミラーセルと、このミラーセルと上記セグメント鏡との間に設けられ、流体圧によって容積が変化する容器によって上記セグメント鏡に支持圧力を加える流体圧支持機構と、上記セグメント鏡に連結するロッド、このロッドに設けられ、電磁力によって駆動される被駆動部材、この被駆動部材に対向して設けた電磁石、上記ロッドと上記ミラーセルとの間に設けられ流体圧によって容積が変化して上記鏡に支持圧力を加える容器を有する電磁吸引型アクチュエータと、上記流体圧支持機構内の容器への流体圧と上記電磁吸引型アクチュエータ内の容器への流体圧を制御する流体圧制御装置とを備えたものである。

請求項３の発明に係る光学装置は、請求項２記載の発明に係る光学装置において、さらに、重りと、この重りと上記ミラーセルとの間に設けられ、流体圧によって容積が変化する容器によって上記重りに支持圧力を加える流体圧支持機構とを備え、この重りの位置を計測して、上記流体圧制御装置により流体圧を制御するものである。

請求項４の発明に係る光学装置は、請求項２記載の発明に係る光学装置において、上記流体圧支持機構は複数設けられ、これらの流体圧支持機構内のそれぞれの上記容器に連通し、上記流体圧制御装置に接続した流体チューブを備えたものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、流体圧支持機構及び電磁吸引型あくちゅエータによって鏡を支持するので、支持機構の剛性が高く、また、位置制御のバンド幅を広げることができる。

請求項４に記載の発明によれば、流体圧支持機構内の容器への流体チューブを連通して接続するので、流体チューブの長さが低減されて低コスト化でき、また流体チューブの接続箇所の総数が低減するため、接続ミスが低減され、組立性、メンテナンス性が良好に優れたものとなる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る鏡支持機構を図１及び図２に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る鏡支持機構の構成を示す斜視図であり、図２はこの発明の実施の形態１に係る鏡支持機構の構成図である。図１には、単一鏡をアキシャル方向に支持し、且つ鏡を剛体的に変位させるためのアクチュエータを有した鏡支持機構を示す。図１において、１は鏡であり、図においては六角形となっているが円形、四角形、或いは平面鏡、曲面鏡等如何なる形式のものでもよい。２はアキシャル方向に鏡１を支持する流体圧支持機構であり、鏡１の下面、又は鏡１の厚み方向中立面上を支持するように鏡１内に彫り込まれた取付面において鏡１と接続する。流体圧支持機構２は、その内部に流体圧が加えられる容器を有している。この容器は流体圧によって伸縮して容積が変化するものであり、例えば、側面にベローズを備える容器、或いはピストンとシリンダによる容器である。図１では、流体圧支持機構２間において発生する鏡１の自重変形量を軽減するため、１８箇所に流体圧支持機構２を設けている。後述するように３箇所に設けた電磁吸引型アクチュエータ５の内部にもそれぞれ１つの流体圧による支持機構が設けられているので、流体圧による支持点は合計で２１点としている。流体圧支持機構２の数は、支持点間での自重変形量の許容値によって変わるものであり、電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧支持機構と合わせて、３個以上の個数があればよい。また、流体圧支持機構２と鏡１とのインターフェース面（流体圧支持機構２において鏡１にアキシャル方向に圧力を与える有効面、以下同じ）の面積は、各々の流体圧支持機構２が分担支持する鏡重量を当該面積で割った値が等しくなるように設定する。即ち、全ての流体圧支持機構２の支持圧力が等しくなるようにインターフェース面の面積を設定する。３は流体圧支持機構２を連通するように設けた流体チューブであり、上記の流体圧支持機構２（電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧支持機構を含む）内の容器に接続している。４は流体チューブ３に接続され、全ての流体圧支持機構２の支持圧力を所望の値に調整する流体圧制御装置であり、この流体圧制御装置４により、上記の流体圧支持機構２（電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧支持機構を含む）内の容器に所望の流体圧が加えられる。ここでは、全ての流体圧支持機構２が連通するように流体チューブ３を連結させたが、その連結方法は全ての流体圧支持機構２の支持圧力が等しくなれば良く、例えば流体チューブ３の経路上に分配管を設けたりしてもよい。５は鏡を剛体的に変位させるアキシャル方向並進１自由度を有した電磁吸引型アクチュエータである。この電磁吸引型アクチュエータ５と鏡１との接続方法については流体圧支持機構２の方法に準ずる。本構成のように電磁吸引型アクチュエータ５を３個用いることにより、鏡１に並進１自由度と回転２自由度を与えることができる。図１の鏡支持機構の構成においては、鏡１をアキシャル方向に支持する支持機構についてのみ記載したが、ラテラル方向については、別途支持機構を設けて、ラテラル方向への鏡の変位を支持すればよい。また、使用する流体については、空気等の気体でも、水等の液体でもよい。なお、鏡１のアキシャル方向は、鏡１の鏡軸方向であり、ラテラル方向は、そのアキシャル方向に直交する２方向を指す。

次に図２に基づいて、鏡支持機構に用いる電磁吸引型アクチュエータ５の内部構造等を説明する。図２において流体圧支持機構２の数が図１のそれらの数と異なって記載されているが、これは表現上の問題である。図２において、６は鏡を支持する土台となるトラスにより構成されたミラーセルであり、流体圧支持機構２と電磁吸引型アクチュエータ５の下端に接続する。このミラーセル６の材質は鉄、インバー、ＣＦＲＰ（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ）等の高剛性、低熱膨張率材が一般的に用いられる。全体の構成としては、鏡１とミラーセル６とは、流体圧支持機構２と電磁吸引型アクチュエータ５を介してアキシャル方向に接続される。電磁吸引型アクチュエータ５の内部について、７は鏡１の取付面からアキシャル方向（垂直下方）に設けたロッドであり、８はロッド７の下端に取りつけられた被駆動部材であり、図２においては、円盤状の鉄板を使用している。９はロッド８が貫通可能なように中心に穴の開いた電磁石である。ここで、被駆動部材８として図２に記載した円盤状の鉄板と電磁石９の直径は、これらの構成部品が電磁力により吸引できる大きさであれば良く、一般的には鉄板の外径を電磁石９の内径以上とする。なお、被駆動部材８の形状は円盤形状に限らず、また、その材質は鉄等の磁性材であればよい。被駆動部材８の下部にはロッド７と同軸上に流体圧支持機構２が接続されている。この電磁吸引型アクチュエータ５内部の流体圧支持機構２も、電磁吸引型アクチュエータ５外部に設けた流体圧支持機構２と同様に、その内部に流体圧が加えられる容器を有している。この容器は流体圧によって伸縮して容積が変化するものであり、例えば、側面にベローズを備える容器、或いはピストンとシリンダによる容器である。１０は電磁石９が固定されたプラスチック製或いは金属製のケーシングであり、電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧支持機構２の底面もこのケーシング１０に固定している。ケーシング１０は、インターフェース部材を介してミラーセル６上に設けている。この電磁吸引型アクチュエータ５を制御する制御回路について、１１は被駆動部材８と電磁石９との間のギャップを制御するためのクローズドループ位置制御回路であり、１２は被駆動部材８と、ケーシング１０及び電磁石９により構成された固定側の間に設けられたインチウォーム静電容量計センサーやその他の非接触のギャップセンサーである。１３はギャップセンサー１２から出力されたギャップ信号を伝達するためのギャップ信号線、１４はギャップを所望の値に制御するためのギャップ制御コマンドを伝達するためのギャップ制御コマンド線である。ここで、ギャップ信号線１３とギャップ制御コマンド線１４は図２に示したように差分を算出するよう接続する。次に、１５は所望のギャップ値に制御するための駆動量を電磁石９に与える電流値に変換して電磁石９に通電する駆動回路、１６は駆動回路１５からの出力である電磁石９に通電する電流を流す電流信号線であり、駆動回路１５と電磁石９を接続するよう設ける。

次に図１及び図２に基づいて鏡支持機構の動作について説明する。まず、鏡の自重を支持するため、流体圧支持機構２を稼動させる。一般的に望遠鏡等の光学機器では、エレベーション角１７が変化する。この姿勢変化により、流体圧支持機構２にかかる自重はエレベーション角１７の正弦成分に概ね一致して変化する。変化するエレベーション角１７が何らかの角度センサーによりセンシングされている場合、流体圧制御装置４において鏡１を支持するために必要なアキシャル方向圧力が算出できる。流体チューブ３を介して接続された流体圧支持機構２の支持圧力を流体の供給量と排出量を調整して該算出値に制御する。ここで、全ての流体圧支持機構２は流体チューブ３により連通されているため、常に同一の支持圧力が作用し、あたかも無重力状態に置かれているように圧力支持される。

次に、鏡１の剛体的な位置を制御する方法について述べる。鏡１の剛体的位置は、被駆動部材８と電磁石９及びケーシング１０より成る固定側とのギャップで代表される。例えば、鏡１をアキシャル方向に所望の値ａだけ並行移動させる場合には、３箇所に設けた電磁吸引型アクチュエータ５の各ギャップ値が（現行値＋ａ）となるようにクローズドループ位置制御回路１１を制御する。即ち、ギャップセンサー１２からのギャップ信号と所望のギャップ値（現行値＋ａ）の差がゼロでない場合には、駆動回路１５より電流信号線１６を介して電磁石９へ電流指令値が伝達され、電磁石９に通電されることで電磁力が発生し、被駆動部材８を吸引してギャップが調整される。鏡１はロッド７を介して被駆動部材８に接続されているので、この動作により鏡１の位置がアキシャル方向にａ変位するように制御されることになる。また、電磁吸引型アクチュエータ５の電磁石９への通電がオフになった場合にも、流体圧制御装置４により流体圧支持機構２に作用する支持圧力が一定になるように制御されるため、鏡１の位置は所望の位置に保持される。ここで、電磁吸引型アクチュエータ５が分担する鏡１及び被駆動部材８の重量は、被駆動部材８の下部においてロッド７と同軸上に設けた流体圧支持機構２によって支持されることとなり、電磁吸引型アクチュエータ５近傍での鏡面の自重変形を抑制することが可能となるとともに、電磁石１３に要求される吸引力は純粋なギャップ制御に必要な力のみとなる。

また、電磁吸引型アクチュエータ５の配置箇所における自重変形が問題とならないような場合には、電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧支持機構２以外の流体圧支持機構２によって、鏡１を所望の位置に保持するよう流体圧制御装置４により流体圧制御し、電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧支持機構２は電磁吸引型アクチュエータ５に与圧を与えるものとすることもできる。

以上のように、流体圧支持機構２と電磁吸引型アクチュエータ５を組み合わせてアキシャル方向の鏡支持機構を構成したため、従来から使用されてきたウィッフルツリー構造の支持機構と比較して、支持機構全体の剛性が高く、更に機械的なガタが少ないため、クローズループ位置制御装置１１のバンド幅を大幅に広げることが可能である。また、部品点数も少なくなることから低コスト化も可能であり、製造性も良くなる。さらに、被駆動部材８の下部にロッド７と同軸上に、鏡１を支持する流体圧支持機構２と連結する流体支持機構２（電磁吸引型アクチュエータ５内部のもの）を設けたので、電磁吸引型アクチュエータ５の駆動により発生するローカルな鏡面変形を抑制することが可能である。

なお、電磁吸引型アクチュエータ５において、電磁石９への印加電流が所定の値以上になると、流体圧を増すように流体圧制御装置４を制御することもできる。この制御によって、流体圧制御用のセンサーを不要とすることができる。また、この制御は、以下の実施の形態２乃至実施の形態６においても同様に行うことができる。

実施の形態２

図３はこの発明の実施の形態２に係る鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置の構成図である。図３において、１８は複数の小型の鏡１を所定のギャップに成るように敷き詰めてあたかも一枚鏡のように構成するセグメント鏡であり、セグメント鏡１８を複数配置して光学装置が構成される。勿論、セグメント鏡１８は単一の鏡で構成される場合もある。例えばＣＥＬＴ（ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＥｘｔｒｅｍｅｌｙＬａｒｇｅＴｅｌｅｓｃｏｐｅ）や、ＯＷＬ（ＯｖｅｒｗｈｅｌｍｉｎｇｌｙＬａｒｇｅＴｅｌｅｓｃｏｐｅ）に代表される大口径地上望遠鏡の構想にもあるように、直径１ｍ程度の六角形のセグメント鏡１８が千枚以上敷き詰められるものもある。セグメント鏡１８は、実施の形態１と同様の構成により、流体圧支持機構２と電磁吸引型アクチュエータ５を介してミラーセル６に支持される。次に流体圧の制御機構について説明する。１９は分配管であり、流体チューブ３を介して一つのセグメント鏡１８を支持する各々の流体圧支持機構２に接続した一段目の分配管１９と、それらの一段目分配管１９を流体チューブ３を介して纏めた二段目の分配管１９により構成されている。ここで、一段目の分配管１９に接続される流体圧支持機構２の本数はいくつでもよい。また、一段目の分配管１９は、例えば複数のセグメント鏡１８を集めたクラスターと呼ばれる鏡の集合体に付随する流体圧支持機構２を接続してもよいし、光学装置全体を構成するセグメント鏡１８の各々の流体圧支持機構２を全て纏めて一段の分配管に接続することも可能である。このように、分配管１９、流体チューブ３、流体圧支持機構２の接続関係は種々の構成が考え得るものであるが、後述の流体圧制御装置２３によって制御される流体圧が分配管１９及び流体チューブ３を介して流体圧支持機構２に伝達される構成となっていればよい。２０は金属等の重りであり、重り２０の下端は流体圧支持機構２を介してミラーセル６に固定されている。この流体圧支持機構２は、支持圧力が他のセグメント鏡１８を支持している流体圧支持機構２の支持圧力と同じになるように分配管１９に接続されている。また、重り２０の重量、及び、その下端に接続された流体圧支持機構２のインターフェース面の面積は、支持圧力が他の流体圧支持機構２の支持圧力と同じになるように調整されている。２１は、重り２０に隣接され、ミラーセル６から支持するスケールであり、重り２０のアキシャル方向の位置をスケール２１により読み取ることが可能である。２２はスケール２１により読み取られた重り２０の位置情報信号線、２３は位置情報信号線を介してスケールに接続した流体圧制御装置、２４は分配管１９に接続された流体排出管、２５は流体排出管２４の経路上に設けられた流体排出バルブ、２６は分配管１９に接続された流体供給管、２７は流体供給管２６の経路上に設けられた流体供給バルブ、２８は流体供給管２６を介して分配管１９に接続されたコンプレッサ、２９は流体排出バルブ２５の動作制御信号を流体圧制御装置２３から流体排出バルブ２５に伝達するための流体排出制御信号線、３０は流体供給バルブ２７の動作制御信号を流体圧制御装置２３から流体供給バルブ２７に伝達するための流体供給制御信号線である。

次に図３を用いて鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置の動作について説明する。セグメント鏡１８等により構成した光学装置では、エレベーション角が変化する。この場合、実施の形態１でも説明したように流体圧支持機構２の支持圧力、即ちセグメント鏡１８の自重の正弦成分も変化する。実施の形態２では、ミラーセル６に対するセグメント鏡１８のアキシャル方向位置を一定に保つため、支持圧力を制御する機構を設けている。例えば、エレベーション角１７が９０度のとき、即ちセグメント鏡１８が天頂を向いているとき、流体排出バルブ２５を閉に、流体供給バルブ２７を開の状態にして、コンプレッサーを始動することで全ての流体圧支持機構２に支持圧力を与え、全セグメント鏡１８を所望の位置に浮上させた上で流体排出バルブ２５と流体供給バルブ２７を全閉にする。これによりセグメント鏡１８の位置は、重り２０のスケール２１上によって代表される位置に位置決めされ（基準位置が設定された状態）、このときのスケール２１上の位置を流体圧制御装置２３に記憶し基準値とする。次にエレベーション角１７が変化すると、セグメント鏡１８の自重の正弦成分が変化するため、流体排出バルブ２５と流体供給バルブ２７が全閉の状態では支持圧力が過剰となり、セグメント鏡１８はアキシャル方向上方に並進移動することとなる。このとき、スケール２１から出力される位置信号が変化し、流体圧制御装置２３内部に記憶された基準値と差異が生じる。この差異をゼロにするように、流体排出バルブ２５或いは流体供給バルブ２７を開閉させて支持圧力を調整することにより、エレベーション角１７の変化に関わらずセグメント鏡１８のアキシャル方向位置を基準値に保持することが可能である。

電磁吸引型アクチュエータ５を用いたセグメント鏡１８の剛体位置制御については、実施の形態１と同様の手法を用いれば良い。即ち、各電磁吸引型アクチュエータ５は、個々に設けられたクローズループ位置制御装置１１により制御され、各電磁吸引型アクチュエータ５によるセグメント鏡１８の支持点でのアキシャル方向高さを制御する。セグメント鏡１８等によって構成される光学装置においては、特に複数のセグメント鏡１８による鏡面の高さ、及び個々のセグメント鏡１８間のアキシャル方向高さのギャップ制御が重要となる。例えば、種々の波面測定手法によって、セグメント鏡１８全体により形成される鏡面の波面形状をセンシングし、理想鏡面（設計した鏡面）からずれているセグメント鏡１８の場所とそのずれ量を求め、これに基づいて電磁吸引型アクチュエータ５を制御するシステムが考えられる。また、電磁吸引型アクチュエータ５内の流体圧制御装置２を与圧として使用する場合については、実施の形態１と同様である。

以上のように、セグメント鏡１８により構成された光学装置において、流体圧支持機構２と電磁吸引型アクチュエータ５を組み合わせてアキシャル方向の鏡支持機構を構成したので、鏡面の位置制御を広バンド幅で行うことができ、また、低コスト化を図ることができる。さらに、電磁吸引型アクチュエータ５の電源がオフされた場合でも、セグメント鏡１８は所定の位置に保持される。

実施の形態３

実施の形態１において説明した電磁吸引型アクチュエータ５は、被駆動部材８はケーシング１０の外に設けることも可能である。図４はこの発明の実施の形態３に係る鏡支持機構の構成図である。実施の形態１においては、被駆動部材８は電磁吸引型アクチュエータ５のケーシング１０内部に電磁石９の下面と対向するように配置したが、実施の形態３においては、電磁石９の上面に対向する位置に配置する。鏡１に接続するロッド７に被駆動部材８を設け、この被駆動部材８の下方に対向して電磁石９を配置する。電磁石８はケーシング１０により保持しており、ケーシング１０はミラーセル６に固定する。ギャップセンサー１２は、被駆動部材８と、ケーシング１０及び電磁石９により構成された固定側の間に設けられている。更に、被駆動部材８は、電磁石９の中央を通ってケーシング１０の底面に接続された流体圧支持機構２によって支持されている。なお、図４において図１と同じ符号を付した部品は、図１におけるそれらの部品と同等又は相当する部品である。

図４に示した鏡支持機構は、図１及び対応する説明により実施の形態１に示した鏡支持機構の動作と同様に動作するものであり、ここでは説明を省略する。以上のように構成したため、被駆動部材８と電磁石９間のギャップが直接観察できるため、電磁吸引型アクチュエータ５の故障を容易に発見することが可能となり、メンテナンス性に優れたものとなる。

実施の形態４

図５は、この発明の実施の形態４に係る鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置の構成図である。実施の形態２において示した流体圧支持機構２への流体チューブ３の連結方法は、各セグメント鏡１８ごとに分配管１９を設け、この分配管１９からセグメント鏡１８に配置した各流体圧支持機構２へ流体チューブ３を連結したものであった。実施の形態４においては、図５に示すように全ての流体圧支持機構２を連通するように流体チューブ３を接続し、このような流体圧支持機構２と流体チューブ３とで形成する１つの流体路に対して、１つの流体チューブ３により分配管１９を接続する。

実施の形態４においては、近接する流体圧支持機構２同士を接続するため、流体チューブ３の長さを短縮することが可能である。勿論、実施の形態２と実施の形態４とを組み合わせた構成も可能である。例えば、１つのセグメント鏡１８を支持する複数の流体圧支持機構２を連通するように流体チューブ３を接続して、セグメント鏡１８ごとに流体路を形成し、それぞれの流体路に対して、１つの分配管１９から流体チューブ３を連結することが考えられる。

以上のように構成したことによって、流体チューブ３の長さが低減されて低コスト化が可能である。また、流体チューブ３の接続箇所の総数が低減するため、接続ミスが低減され、組立性、メンテナンス性にも優れたものとなる。

実施の形態５

実施の形態１乃至実施の形態４において説明した電磁吸引型アクチュエータ５には、内部に流体圧支持機構２が設けられていたが、実施の形態５においては、電磁吸引型アクチュエータ５内に流体圧支持機構２を設けない構成とした。図６はこの発明の実施の形態５に係る鏡支持機構の構成図である。図６において、電磁吸引型アクチュエータ５は、鏡１に接続するロッド７と、このロッド７に設けた被駆動部材８と、被駆動部材８に対向して設けた電磁石９と、電磁石９を保持し、ミラーセル６に固定するケーシング１０により構成しており、流体圧支持機構２は設けていない。なお、図６において、図２と同一の符号を付した部品は、図２のそれらの部品と同等又は相当する部品を示す。

この実施の形態５に係る鏡支持機構の構成においては、実施の形態１乃至実施の形態４のように、電磁吸引型アクチュエータ５の内部に設けた流体圧支持機構２によって、電磁吸引型アクチュエータ５近傍のローカルな鏡１の自重変形を抑制することはできない。しかし、電磁吸引型アクチュエータ５近傍の流体圧支持機構２の配置間隔を狭めることにより、電磁吸引型アクチュエータ５近傍の自重変形量を許容値以下に低減すれば、流体圧支持機構２を電磁吸引型アクチュエータ５内に設けなくてもよい構成とすることができる。なお、図６に示した鏡支持機構は、実施の形態１乃至実施の形態４において説明した鏡支持機構の動作と同様に動作するものであり、ここでは説明を省略する。ただし、電磁吸引型アクチュエータ５については、その内部に流体圧支持機構２を設けていないので、電磁方アクチュエータ５近傍における鏡１のアキシャル方向の位置調整は、電磁石９と被駆動部材８との間で発生する電磁力によって行うものである。

以上のように構成したため、被駆動部材８と電磁石９間のギャップが直接観察できるため、電磁吸引型アクチュエータ５の故障を容易に発見することが可能となり、メンテナンス性に優れたものとなるとともに、流体圧支持機構２を電磁吸引型アクチュエータ５内に設けないので、構成品点数を低減して低コスト化が可能である。

実施の形態６

実施の形態１乃至実施の形態５において説明した電磁吸引型アクチュエータ５には、内部に流体圧支持機構２が設けられていたが、実施の形態５においては、電磁吸引型アクチュエータ５内に流体圧支持機構２を設けない構成とした。実施の形態６においては、電磁吸引型アクチュエータ５内に与圧をかけて上下へ駆動する場合と、被駆動部材の上下方向に電磁石を設けて上下駆動する場合とについて説明する。図７はこの発明の実施の形態６に係る鏡支持機構における電磁吸引型アクチュエータの構成図である。この図７に記載の電磁吸引型アクチュエータ５を図１乃至図６の電磁吸引型アクチュエータ５に代替して設ければよい。

図７（ａ）は、電磁吸引型アクチュエータ５内に与圧をかける場合を示している。図７（ａ）において、３１はロッド７又は被駆動部材８に与圧をかける弾性部材であり、例えばゴムなどの弾性材や、ばね部品を用いる。この与圧に抗するように電磁石９に電流を与えて、電磁吸引型アクチュエータ５のアキシャル方向基準位置を設定する。図１乃至図６の電磁吸引型アクチュエータ５を図７（ａ）の電磁吸引型アクチュエータ５に代替する場合、基本的に鏡１やセグメント鏡１８は流体圧支持機構２により支持される状態にあり、この状態から鏡１やセグメント鏡１８がその傾斜や外乱等により変形するときに、電磁石９への電流量を増減する制御を行うことによって、電磁吸引型アクチュエータ５のロッド７が上下動し、鏡１やセグメント鏡１８を所望の位置に設定するように制御する。このような構成によって、構造が簡単になり、また部品点数を低減することができる。

図７（ｂ）は、被駆動部材８の上下に電磁石９を設ける電磁吸引型アクチュエータ５を示している。図７（ｂ）において、３２は被駆動部材８の上下に被駆動部材８に対向して設けた２対の電磁石である。図１乃至図６の電磁吸引型アクチュエータ５を図７（ｂ）の電磁吸引型アクチュエータ５に代替する場合、基本的に鏡１やセグメント鏡１８は流体圧支持機構２により支持される状態にあり、この状態から鏡１やセグメント鏡１８がその傾斜や外乱等により変形するときに、上下の電磁石９へ適宜、電流を印加する制御を行うことによって、電磁吸引型アクチュエータ５のロッド７が上下動し、鏡１やセグメント鏡１８を所望の位置に設定するように制御する。この構成により、電磁吸引型アクチュエータ５には、変形の際に電流を印加すればよく、常時電流印加する必要がないので、電磁吸引型アクチュエータ５における発熱量を低減できる。

この発明の実施の形態１に係る鏡支持機構の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る鏡支持機構の構成図である。この発明の実施の形態２に係る鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置の構成図である。この発明の実施の形態３に係る鏡支持機構の構成図である。この発明の実施の形態４に係る鏡支持機構、及びこれを用いた光学装置の構成図である。この発明の実施の形態５に係る鏡支持機構の構成図である。この発明の実施の形態６に係る鏡支持機構に用いる電磁吸引型アクチュエータの構成図である。

符号の説明

１鏡
２流体圧支持機構
３流体チューブ
４流体圧制御装置
５電磁吸引型アクチュエータ
６ミラーセル
７ロッド
８被駆動部材
９電磁石
１８セグメント鏡
２０重り
３１弾性部材
３２電磁石

Claims

鏡の背面に設けるミラーセルと、このミラーセルと上記鏡との間に設けられ、流体圧によって容積が変化する容器によって上記鏡に支持圧力を加える流体圧支持機構と、上記鏡に連結するロッド、このロッドに設けられ、電磁力によって駆動される被駆動部材、この被駆動部材に対向して設けた電磁石、上記ロッドと上記ミラーセルとの間に設けられ流体圧によって容積が変化して上記鏡に支持圧力を加える容器を有する電磁吸引型アクチュエータと、上記流体圧支持機構内の容器への流体圧と上記電磁吸引型アクチュエータ内の容器への流体圧を制御する流体圧制御装置とを備えたことを特徴とする鏡支持機構。
複数のセグメント鏡と、この複数のセグメント鏡の背面に設けるミラーセルと、このミラーセルと上記セグメント鏡との間に設けられ、流体圧によって容積が変化する容器によって上記セグメント鏡に支持圧力を加える流体圧支持機構と、上記セグメント鏡に連結するロッド、このロッドに設けられ、電磁力によって駆動される被駆動部材、この被駆動部材に対向して設けた電磁石、上記ロッドと上記ミラーセルとの間に設けられ流体圧によって容積が変化して上記鏡に支持圧力を加える容器を有する電磁吸引型アクチュエータと、上記流体圧支持機構内の容器への流体圧と上記電磁吸引型アクチュエータ内の容器への流体圧を制御する流体圧制御装置とを備えたことを特徴とする光学装置。
請求項２記載の発明において、さらに、重りと、この重りと上記ミラーセルとの間に設けられ、流体圧によって容積が変化する容器によって上記重りに支持圧力を加える流体圧支持機構とを備え、この重りの位置を計測して、上記流体圧制御装置により流体圧を制御することを特徴とする光学装置。
請求項２に記載の発明において、上記流体圧支持機構は複数設けられ、これらの流体圧支持機構内のそれぞれの上記容器に連通し、上記流体圧制御装置に接続した流体チューブを備えたことを特徴とする光学装置。