JP4689798B2 - 反射鏡駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星、宇宙ステーション、宇宙往還機等の宇宙航行体間、宇宙航行体と地上局との間において、空間伝搬を利用して光通信を行う光通信システムの光送受用光アンテナや、各種観測に供する観測用望遠鏡等に係り、特に、その反射鏡駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の宇宙開発の分野にあっては、地上局と宇宙航行体や宇宙航行体間に光通信システムを構築して、通信容量の大容量化を図り、通信の多様化を実現する構想がある。
【0003】
このような光通信システムとしては、その構成上、在来からの方式と異なり、光伝送路として光ファイバケーブルを敷設することなく、通信光を空間伝搬を利用して相手局に送信して光通信を行う空間伝搬方式が考えられ、研究されている。この空間伝搬方式の光通信システムにおいては、通信相手局から送信され、空間を伝搬した微弱な光を、いわゆる光アンテナを用いて受信し、その通信光を集光光学系を介して後段の光送受信系に導いて、この光送受信系で光信号処理を施すことにより、光情報を取得する。この際、光アンテナは、略直交する例えば方位角及び仰角の如き二軸回りに角度調整して通信方向を指向制御される。
【0004】
このような光学系の指向方向を制御する反射鏡駆動装置としては、例えば図7に示すように光送受信部(図示せず)と光結合された集光光学系1が固定ハウジング2に収容配置され、この固定ハウジング2は、支持構体3に固定配置される。そして、この固定ハウジング2には、第1のハウジング4が軸受4aを介して光軸と略同軸の第1の軸4b回りに回転可能に組み付けられる。この第1のハウジング4には、第1の反射鏡5が上記集光光学系1の光軸上に対して略45°の光路を採って収容配置される。
【0005】
そして、第1のハウジング4には、第2のハウジング6が軸受6aを介して第1の軸4bと略直交する第2の軸6b回りに回転可能に組み付けられる。第2のハウジング6には、その内部に第2の反射鏡7が第2の軸6b上に対して略45°の光路を採って収容配置され、その周囲部に光透過窓6cが第2の反射鏡7に対応して設けられる。
【0006】
また、上記第1のハウジング4には、その周囲部に第1の駆動アクチュエータ8が取り付けられ。そして、第1のハウジング4は、その第1の駆動アクチュエータ8の例えばステータが駆動されると、ロータとの作用により、第1の軸4b回りに回転駆動される。そして、第2のハウジング6には、同様に第2のアクチュエータ9が取り付けられる。そして、第2のハウジング6は、その第2の駆動アクチュエータ9の例えばステータが駆動されると、ロータとの作用により、第1の軸4b回りに回転駆動される。
【0007】
上記構成において、第1の駆動アクチュエータ8の駆動に連動して第1及び第2のハウジング4、6が第1の軸4b回りに回転駆動されて第1及び第2の反射鏡5,7が第1の軸4b回りに角度調整されて第2のハウジング6の光透過窓6cの第1の軸4b回りの角度が設定される。そして、第2の駆動アクチュエータ9の駆動に連動して第2のハウジング6が第2の軸6b回りに回転駆動されて第2の反射鏡7の光軸が第2の軸6b回りに角度調整されて該第2のハウジング6の光透過窓6cの第2の軸6b回りの角度が設定される。
【0008】
ここで、第2のハウジング6の光透過窓6cは、図8に示すように第1及び第2のハウジング4,6を介して第1及び第2の軸4b,6b回りが回転制御されて所望の指向方向に指向され、該通信相手局(図示せず)からの通信光を第1の反射鏡5で受信すると、該通信光が第2の反射鏡7を経由して集光光学系1に導かれて上記光送受信系に出力されて信号処理される。
【0009】
また、上記光送受信系から送信された通信光は、先ず、集光光学系1で集光された後、第1の反射鏡5、第2の反射鏡7を経由して上記通信相手局に向けて送信される。
【0010】
しかしながら、上記反射鏡駆動装置では、その構成上、第2のハウジング6の質量中心が第1のハウジング4の第1の軸4b回りから平行方向にずれたいわゆるオフセットされた状態で組み付けられるために、第1のハウジング4が第1の軸4b回りに回転されると、その回転に連動して第2のハウジング6に並進外乱力が付与されることで、補強対策を施す必要があり、重量の増加と共に、その構成が複雑となるという問題を有する。また、第2のハウジング6の質量中心の第1の軸4bからのずれ量に応じて第1の駆動アクチュエータ8の駆動トルクを大きく設定する必要があるために、第1の駆動アクチュエータ8の大形化を招くという問題を有する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の反射鏡駆動装置では、構成が複雑で、重量が重くなると共に、アクチュエータが大形となるという問題を有する。
【0012】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、小形・軽量化の促進を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な指向制御を実現し得るようにした反射鏡駆動装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は、集光光学系と、この集光光学系の光軸上に光路が略45°の角度を有して配設される第1の反射鏡が収容されるものであって、前記光軸と略同軸な第1の軸回りに回転可能に設けられた第1のハウジングと、この第1のハウジングの第1の軸に対して略直交する第2の軸に対して光路が略45°の角度を有して配設される第2の反射鏡が収容されるものであって、前記第1のハウジングに対して第2の軸回りに回転可能に設けられた第2のハウジングと、前記第1のハウジングを回転駆動して前記第2のハウジングと共に第1の軸回りに回転駆動する駆動手段と、前記第1のハウジングに固定支持される駆動アクチュエータと、この駆動アクチュエータの駆動力を前記第2のハウジングに伝達して前記第2のハウジングを回転駆動する回転力伝達機構と、前記駆動手段を駆動制御して前記第1のハウジングを第1の軸回りに回転駆動し、且つ前記駆動アクチュエータを駆動制御して前記第2のハウジングを第2の軸回りに回転駆動して指向方向を制御する指向制御手段とを備えて反射鏡駆動装置を構成したものである。
【0014】
上記構成によれば、第2のハウジングを駆動する駆動アクチュエータは、第1のハウジングに固定配置され、その駆動に連動して回転力伝達機構を介して第2のハウジングを第2の軸回りに回転駆動することにより、第2の反射鏡の指向方向を可変設定する。従って、第2のハウジング、駆動アクチュエータ及び回転力伝達機構の総質量中心を、略第1の軸に近づけることが可能となり、第1の軸回りの回転駆動にともなう第2のハウジングに対する並進外乱力の防止が図れ、しかも、駆動手段の駆動力の軽減化を図ることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は、この発明の一実施の形態に係る反射鏡駆動装置を示すもので、反射鏡を含む集光光学系10は、例えば光通信に供する光アンテナの光学系を構成し、固定ハウジング11に収容される。この固定ハウジング11は、支持構体12に固定配置される。
【0017】
そして、固定ハウジング11には、第1のハウジング13が軸受17を介して集光光学系10の光軸と略同軸の第1の軸131回りに回転可能に組み付けられる。この第1のハウジング13には、その内部に第1の反射鏡14が集光光学系10の光路上に略45°の傾斜角を採って配設される。そして、第1のハウジング13の周囲部には、第1の駆動アクチュエータ15が取り付けられる。そして、第1のハウジングは、その第1の駆動アクチュエータ15が後述するように駆動されると、その回転力が伝達されて第1の軸131回りに回転駆動される。
【0018】
また、第1のハウジング13上には、第2のハウジング16が軸受17を介して上記第1の軸131に対して略直交する第2の軸161回りに回転可能に組み付けられる。この第2のハウジング16には、その内部に第2の反射鏡18が上記第1のハウジング13の第1の反射鏡14の光路に対応して略45°の傾斜角を採って配設される。そして、この第2のハウジング16には、光透過窓162が上記第2の反射鏡18の光路に対応して設けられる(図2参照)。
【0019】
上記第2のハウジング16には、回転力伝達手段を構成する連結梁部材19の一端が取り付けられ、この連結梁部材19の他端は、第2の駆動アクチュエータ20の駆動部に支持される。この第2の駆動アクチュエータ20は、上記第1のハウジング13上の第1の軸131を挟んで第2のハウジング16と対向される位置に搭載される。これら第2のハウジング16、連結梁部材19及び第2の駆動アクチュエータ20は、その総質量中心が、例えば略第1の軸131上に位置するように設定され、第1の軸131回りに回転駆動された状態で、いわゆる並進外乱力がほとんど加わることがない。
【0020】
ここで、第2の駆動アクチュエータ20は、その回転駆動に連動して連結梁部材19を回転付勢して第2のハウジング16を第1のハウジング13に対して第2の軸161回りに回転駆動させる。
【0021】
上記第1及び第2の駆動アクチュエータ15、20には、図3に示すように駆動回路21が接続され、この駆動回路21には、制御部22が接続される。この制御部22には、例えば光検出部23が接続される。この光検出部23には、例えば上記第2の反射鏡18及び第1の反射鏡14、集光光学系10を介して受信された光が入力され、その第1及び第2の軸131、161回りの方向ずれ量を検出して制御部22に出力する。
【0022】
制御部22は、光検出部23の検出信号と上記第1及び第2の駆動アクチュエータ15、20の回転位置情報とに基づいて各制御信号を生成して駆動回路21に制御信号を出力する。駆動回路21は、入力した各制御信号に基づいて駆動信号を生成して第1及び第2の駆動アクチュエータ15、20を選択的に駆動制御する。ここで、第1の駆動アクチュエータ15の駆動に連動して第1及び第2のハウジング13、16が第1の軸131回りに回転駆動されて第1及び第2の反射鏡14、18が第1の軸131回りに角度調整される。そして、第2の駆動アクチュエータの駆動に連動して第2のハウジングが第2の軸回りに回転駆動されて第2の反射鏡18の光軸が第2の軸161回りに角度調整され、所望の指向方向に指向される。
【0023】
なお、図中24は、光送受信部で、第2の反射鏡18、第1の反射鏡14及び集光光学系10を介して受信した光信号を受信すると共に、選択的に光信号を集光光学系10、第1の反射境14及び第2の反射鏡18を介して指向方向に送信する。
【0024】
そして、上記第1及び第2の反射鏡14、18としては、双方を平面鏡で形成したり、あるいは、第2の反射鏡18をオフセット放物面形状に形成したり、各種の構成が可能である。
【0025】
上記構成において、第1及び第2のハウジング13、16は、第1の駆動アクチュエータ15が駆動されると、その回転力により第1の軸131回りに回転駆動される。そして、第2の駆動アクチュエータ20が回転駆動されると、その回転力が連結梁部材19を介して第2のハウジング16に付与されて第2の軸161回りに回転駆動される。ここで、第2のハウジング16の光透過窓162が所望の方向に指向制御されると共に、第1及び第2の反射鏡14、18の光路が可変設定される。
【0026】
このように、上記反射鏡駆動装置は、固定ハウジング11上に略45°の光路を有する第1の反射鏡14を収容した第1のハウジング13を第1の軸131回りに回転可能に組み付けて、この第1のハウジング13上に略45°の光路を有する第2の反射鏡18を収容した第2のハウジング16を第1の軸131と略直交する第2の軸161回りに回転可能に設け、第1のハウジング13を第1の駆動アクチュエータ15で回転駆動し、且つ、第2のハウジング16を回転駆動する第2の駆動アクチュエータ20を、第1のハウジング13の第1の軸131を挟んで第2のハウジング16と対向する位置に搭載して、この第2の駆動アクチュエータ20の駆動力を連結梁部材19を介して第2のハウジング16に伝達して第2の軸161回りに回転駆動するように構成した。
【0027】
これによれば、第2のハウジング16、第2の駆動アクチュエータ20及び回転力伝達機構を構成する連結梁部材19の総質量中心を、略第1の軸131に近づけることが可能となり、第1の軸131回りの回転駆動にともなう第2のハウジング13に対する並進外乱力の発生の軽減化が図れると共に、第1の駆動アクチュエータ15の駆動力の軽減化を図ることができるため、小形・軽量化の促進を図ったうえで、高精度な指向制御が実現される。
【0028】
なお、この発明は、上記実施の形態の限ることなく、その他、図4乃至図6に示すように構成してもよい。但し、図4乃至図6においては、上記図1と同一部分については、同一符号を付して、その説明については省略する。
【0029】
即ち、図4は、第2の駆動アクチュエータ20を第1のハウジング13の第1の軸131を挟んで第2のハウジング16と略対称な位置に搭載する。そして、この第2の駆動アクチュエータ20のステータ側には、例えば光を吸収するつや消しの黒色塗装を施した駆動棒30の一端を回転駆動可能に結合し、この駆動棒30を第1のハウジング16内を挿通させて第2のハウジング16の内壁に結合させる。ここで、駆動棒30は、上記第2のハウジング16の回転駆動軸を構成する第2の軸161を形成し、第2の駆動アクチュエータ20の駆動に連動して第2のハウジング16を駆動棒30(第2の軸161)を中心として回転駆動させて第2の軸161回りの角度を可変設定する。
【0030】
なお、図4においては、第1のハウジング13は、第1の駆動アクチュエータ15の駆動に連動して第2のハウジング16とともに第1の軸131回りに回転駆動される。
【0031】
図5は、略図4の構成と同様に第2の駆動アクチュエータ20を第1のハウジング13の第1の軸131を挟んで第2のハウジング16と略対称な位置に搭載する。そして、この第2の駆動アクチュエータ20のステータ側には、例えば光を吸収するつや消しの黒色塗装を施した駆動棒30の一端を回転駆動可能に結合して、この駆動棒30の先端部を第1のハウジング16内を挿通させて第2のハウジング16内において、駆動棒30と略直交する固定棒301を介して第2のハウジング16に結合させる。固定棒301は、例えば上記駆動棒30と略同様に光を吸収するつや消しの黒色塗装が施される。
【0032】
ここで、駆動棒30は、固定棒301と協働して上記第2のハウジング16の回転駆動軸を構成する第2の軸161を形成し、第2の駆動アクチュエータ20の駆動に連動して第2のハウジング16を駆動棒30(第2の軸161)及び固定棒を中心として回転駆動させて第2の軸161回りの角度を可変設定する。
【0033】
また、図6は、第1の駆動アクチュエータ31を支持部材32を介して第1のハウジング13の第1の軸131上に位置するように上記支持構体12に固定配置して、この第1の駆動アクチュエータ31の例えば駆動部に連結梁部材33の一端を結合する。そして、この連結梁部材33の他端は、上記第2のハウジング16に搭載した上記第2の駆動アクチュエータ20の固定側に結合させる。
【0034】
上記構成により、第1の駆動アクチュエータ31が駆動されると、その駆動力が連結梁部材33を介して第2の駆動アクチュエータ20に伝達され、第2の駆動アクチュエータ20を介して第1のハウジング13を回転駆動させて、第2のハウジング16と一体的に第1の軸131回りに回転させて第1の軸131回りが可変設定される。
【0035】
さらに、上記実施の形態では、光アンテナに適用した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、各種の観測を行うのに用いる観測用望遠鏡等においても適用可能であり、略同様の効果が期待される。
【0036】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【0037】
例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にして、小形・軽量化の促進を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な指向制御を実現し得るようにした反射鏡駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図2】図1の外観を示した図である。
【図3】図1の制御系の回路構成を示したブロック図である。
【図4】この発明の他の実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図5】この発明の他の実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図6】この発明の他の実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図7】従来の反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図8】図5の光路を説明するために示した光路図である。
【符号の説明】
10 … 集光光学系。
11 … 固定ハウジング。
12 … 支持構体。
13 … 第1のハウジング。
131 … 第1の軸。
14 … 第1の反射鏡。
15 … 第1の駆動アクチュエータ。
16 … 第2のハウジング。
161 … 第2の軸。
162 … 光透過窓。
17 … 軸受。
18 … 第2の反射鏡。
19 … 連結梁部材。
20 … 第2の駆動アクチュエータ。
21 … 駆動回路。
22 … 制御部。
23 … 光検出部。
24 … 光送受信部。
30 … 駆動棒。
301 … 固定棒。
31 … 第1の駆動アクチュエータ。
32 … 支持部材。
33 … 連結梁部材。
Claims (4)
- 集光光学系と、前記集光光学系の光軸上に光路が略45°の角度を有して配設される第1の反射鏡が収容されるものであって、前記光軸と略同軸な第1の軸回りに回転可能に設けられた第1のハウジングと、
前記第1のハウジングの第1の軸に対して略直交する第2の軸に対して光路が略45°の角度を有して配設される第2の反射鏡が収容されるものであって、前記第1のハウジングに対して第2の軸回りに回転可能に設けられた第2のハウジングと、
前記第1のハウジングを回転駆動して前記第2のハウジングと共に第1の軸回りに回転駆動する駆動手段と、
前記第1の軸を挟んで第2のハウジングと対向し、前記第1のハウジングに固定支持され、前記第2の軸回りに回転駆動する駆動アクチュエータと、
前記駆動アクチュエータの駆動力を前記第2のハウジングに伝達して前記第2のハウジングを前記第2の軸回りに回転駆動する回転力伝達手段と、
前記駆動手段を駆動制御して前記第1のハウジングを第1の軸回りに回転駆動し、且つ前記駆動アクチュエータを駆動制御して前記第2のハウジングを第2の軸回りに回転駆動して指向方向を制御する指向制御手段とを具備し、
前記回転力伝達手段は、駆動棒と固定棒からなり、前記駆動棒の一端は前記駆動アクチュエータを回転駆動可能に接合し、他端は前記第1のハウジング内に挿通させて前記第2のハウジング内において、前記固定棒直交する前記固定棒に接合し、前記固定棒は前記第2のハウジンに接合していることを特徴とする反射鏡駆動装置。 - 前記駆動手段は、前記第1の軸上に固定され、一端を前記駆動手段と結合し、他端を前記駆動アクチュエータと接合している連結梁部材をさらに備える、請求項1に記載の反射鏡駆動装置。
- 前記第2のハウジング及び前記駆動アクチュエータ及び回転力伝達手段の総質量中心が略前記第1の軸上に位置するように配置したことを特徴とする請求項1に記載の反射鏡駆動装置。
- 前記集光光学系は、光送信部及び光受信部に光結合されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の反射鏡駆動装置。
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