JP5862484B2

JP5862484B2 - 鏡支持構造

Info

Publication number: JP5862484B2
Application number: JP2012147406A
Authority: JP
Inventors: 真毅田畑; 翔太亀岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP2014010332A

Description

本発明は、人工衛星等の宇宙航行体に搭載して使用する光学望遠鏡などに用いる、反射鏡を高精度で支持する鏡支持構造に関するものである。

従来の人工衛星搭載用の鏡支持構造においては、望遠鏡の反射鏡の側面３点に設けられ円周接線方向の軸まわりに弾性回転する弾性体軸受を備えた支持機構を有する鏡支持構造が知られている。このような鏡支持構造は、反射鏡を６自由度過不足なく拘束するとともに（以下、「剛体運動拘束」と呼ぶ。）、反射鏡の円周接線方向の軸まわりに弾性回転する弾性体軸受の回転変形によって反射鏡の半径方向の熱変形を弾性支持することができる。（例えば、特許文献１参照）

特開２００２-１２２７７０号公報

従来の鏡支持構造は、上述のように、反射鏡を剛体運動拘束する必要があるため、反射鏡の側面３点で支持していた。しかしながら、人工衛星搭載用の鏡支持構造においては、運用中は無重力環境であるため重力変形は生じないものの、地上での光学試験や衛星の打ち上げ時には重力の作用から逃れることは不可能であり、特に打ち上げ時には大きな荷重が掛かる。そのため、３箇所の支持点に応力が集中することとなり、強度限界を超えて破壊に至る可能性があった。加えて、人工衛星搭載用の鏡支持構造には、その重量の増加を最小限に抑制しなければならないという制約も存在するため、そのような制約の中で必要十分な強度を確保しなければならないという問題があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、反射鏡を剛体運動拘束するとともに、重量の増加を抑制しつつ打ち上げ時の荷重による破壊を抑制することができる鏡支持構造及び反射望遠鏡の提供を目的とする。

本発明に係る鏡支持構造は、各々の一端が円形の反射鏡に固定され各々の他端が支持台に固定された６本の支持脚が２本で一対となる３つの支持脚対で構成されるとともに、３つの支持脚対の各々における２本の支持脚の軸線交点が反射鏡の内部に位置し、かつ、６本の支持脚が反射鏡の中心点を中心とする同一円周上に配置されるように設置される支持部と、反射鏡における支持脚対の２本の支持脚と反射鏡との２箇所の接合点及び軸線交点を包含する支持脚対ごとの第一の局所領域に設けられ、反射鏡の前記第一の局所領域以外の領域における反射鏡の鏡内部構造よりも強度が高い構造の第一の局所補強ブロックを備えたものである。

本発明に係る鏡支持構造によれば、３組の支持脚対による等価的なピン支持によって反射鏡を剛体運動拘束するとともに、６本の支持脚で反射鏡を支持しかつ各支持脚が接合される第一の局所領域に局所補強ブロックが設けられているため、打ち上げ時の加速度や振動による荷重が６本の支持脚に分散されるとともに、その分散された荷重を局所補強ブロックで受けることができるので、打ち上げ時の荷重による破壊を抑制することができる。また、局所補強ブロックは第一の局所領域のみに設けられるので、重量の増加を最小限に抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる鏡支持構造を備えた反射鏡付近の側面概略図である。本発明の実施の形態１にかかる鏡支持構造を説明するための斜視図である。１対の支持脚対近傍の局所断面を示す模式図である。図３におけるＡ−Ａ断面図である。図３におけるＢ−Ｂ断面の局所断面図である。支持脚の機構構成を示す原理図である。本発明の実施の形態２にかかる鏡支持構造を説明するための斜視図である。拡張した局所補強ブロックを示す鏡の中間断面図である。本発明の実施の形態３にかかる反射鏡の中間断面図である。本発明の実施の形態３にかかる鏡支持構造を備えた反射望遠鏡の反射鏡付近の側面概略図である。本発明の実施の形態３にかかる鏡支持構造を備えた反射望遠鏡の反射鏡付近の側面概略図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１における鏡支持構造の構成を説明する。図１は本発明の実施の形態１にかかる鏡支持構造を備えた反射鏡付近の側面模式図であり、図２は本発明の実施の形態１による鏡支持構造を説明するための斜視図であり、図３は１組の支持脚対３近傍の局所断面を示す模式図であり、図４は図３におけるＡ−Ａ断面図、図５は図３におけるＢ−Ｂ断面の局所断面図である。

図１において、反射鏡１は支持部４に保持されており、支持部４は支持台１０に固定されている。また、支持部４は６本の支持脚２から構成されている。

図２において、反射鏡１の裏面には６本の独立した支持脚２が接着により接合されている。また、図２、図３、及び図４に示されているように、反射鏡１は、人工衛星搭載用として軽量化された鏡であり、たとえば、反射鏡１の鏡内部構造に含まれ複数のリブを組み合わせた三角格子状の部材から構成されるコア部１ｃと、光を反射する反射面が形成された表面部１ａと、軽量化等のために穴をあけられた裏面部１ｂとによって構成される。なお、鏡内部構造とは、重量の増加を抑制しつつ打ち上げ時の荷重による破壊を抑制することを実現するための構造を含んだ反射鏡１の内部構造を意味している。また、支持脚２は２本で一対の支持脚対３を構成する。ここで、１組の支持脚対３における２本の支持脚２を区別する際には支持脚２ａ、２ｂと呼び、特に区別せずに示す場合には支持脚２と呼ぶものとする。よって、支持部４は合計３対の支持脚対３からなる６本の支持脚２で構成される。なお、図２においては、図を見やすくするために支持台１０は図示省略している。

次に、図３を用いて一対の支持脚対３近傍の構成について詳細に説明する。図３において、支持脚２ａの軸線５ａと支持脚２ｂの軸線５ｂとの軸線交点６は反射鏡１の内部にある反射鏡１の重心面７に存在する。軸線交点６の位置は、支持脚２ａ、２ｂと反射鏡１の接合点８ａ、８ｂの相互間の距離Ｌと、軸線５ａ、５ｂと重心面７とのなす角度θを調整し適切な組み合わせを選ぶことで重心面７に位置するようにする。ここで、重心面７とは、光軸法線面（反射鏡１の光軸方向に垂直な面）で、かつ、反射鏡１の重心点を通る面とする。なお、軸線交点６の位置が反射鏡１の内部に存在することで得られる作用効果については後述する。また、軸線交点６が反射鏡１の内部にあることに加えて、反射鏡１の重心面７に存在することで得られる作用効果についても後述する。なお、支持脚２ａ、２ｂには、反射鏡１側に存在する第一軸１５、第二軸１６、支持台１０側に存在する第四軸１７、第五軸１８、及び軸線５a、５ｂ回りの第三軸１９が設けられており、詳細については後述する。

ただし、重心面７に関して反射鏡１の表裏の形状が非対称である場合においては、微小な範囲で、接合点８ａ、８ｂの位置を微小に動かして角度θをわずかに変える、あるいは、支持脚２の長さをわずかに変えるなどの方法によって、軸線交点６を光軸方向にオフセット調整し重心面７からわずかに離すこととしてもよい。上記のようなオフセット調整は、反射鏡１の曲げ剛性等を考慮して行うことができ、面内方向（反射鏡１の光軸に垂直な方向）に重力がかかった際の反射鏡１の表面部１ａの変形が最小になるように行う。なお、微小な範囲とは、上記のオフセット調整量が、たとえば反射鏡１の厚さの４分の１以下である範囲をいう。

また、図３において、接合点８ａ、８ｂと軸線交点６とを包含する第一の局所領域に、周囲の鏡内部構造よりも強度が高い構造の第一の局所補強ブロック９が構成されている。なお、第一の局所補強ブロック９は３組の支持脚対３の各々に対して存在する。すなわち、反射鏡１は３つの第一の局所領域に第一の局所補強ブロック９を備えることとなる。

図３及び図４において、支持脚２ａ、２ｂの接合点８ａ、８ｂを光軸方向に延長して図３の断面Ａ−Ａと交わった点である交点１３ａ、１３ｂは、光軸方向に見ると反射鏡１の中心点を中心とする同一円周上に位置している。つまり、支持脚２ａ、２ｂは交点１３ａ、１３ｂと光軸方向に見て同一円周上に存在する接合点８ａ、８ｂで反射鏡１の裏面部１ｂに接合されることとなる。また、第一の局所領域における第一の局所補強ブロック９の面内方向の厚さＴｃは、たとえば、第一の局所領域以外の領域における鏡内部構造のリブ厚さＴｓの２倍〜１０倍程度とする。これにより、第一の局所補強ブロック９は、反射鏡１の第一の局所領域以外の領域における鏡内部構造と比較して強度が高い構造となる。

図５において、第一の局所補強ブロック９は反射鏡１の裏面部１ｂ側から軸線交点６を包含する領域に存在し、反射鏡１の表面部１ａとの間には、面内方向の厚さを減少させたネック部１１が形成されている。このネック部１１は、第一の局所補強ブロック９の各々に対して設けられる。反射鏡１をこのような構成とするため、第一の局所補強ブロック９を含む裏面部１ｂ及びコア部１ｃをブロックから削り出す等により一体成形し、表面部１ａに接合することで反射鏡１を製造することができる。また、他の方法としては、例えば、表面部１ａ、裏面部１ｂ、及びコア部１ｃを適宜分割して成形した上で接合することで反射鏡１を製造することできる。

上記の構成によれば、図３から明らかなように支持脚２は裏面部１ｂに接合されているので、支持脚２からの力の大部分は裏面部１ｂに含まれる第一の局所補強ブロック９を介してコア部１ｃに含まれる第一の局所補強ブロック９に伝わる。そのため、周囲より厚いリブで構成されるコア部１ｃに含まれる第一の局所補強ブロック９で荷重を受けることになるので、第一の局所補強ブロック９を備えない場合と比較して高い強度が得られる。すなわち、打ち上げ時の加速度や振動による荷重が６本の支持脚２に分散されるとともに、その分散された荷重を第一の局所補強ブロック９で受けることができるので、打ち上げ時の荷重による破壊を抑制することができる。なお、図５においては、ネック部１１を設けた場合を説明したが、ネック部１１が無くても強度が高い構造を実現することができるのは言うまでもない。ただし、ネック部１１を設けることで反射鏡１のさらなる軽量化を実現することができる。

図６は、支持脚２ａ、２ｂの機構構成を示す原理図であり、反射鏡１と支持脚２ａ、２ｂとの接合点８ａ、８ｂを上端、支持脚２ａ、２ｂと支持台１０との結合点１２ａ、１２ｂを下端として示したものである。支持脚２ａ、２ｂは両端近傍、すなわち８ａ、８ｂの近傍と、１２ａ、１２ｂの近傍に、それぞれ２軸回転自在となるように、ころがり軸受けを用いた２軸ジンバル型の軸受け機構を備える。また、反射鏡１に近い８ａ、８ｂ側には軸θ_ｘ１軸のまわりの回転を自在にした第一軸１５、及び軸θ_ｙ１を回転自在にした第二軸１６が設けられている。また、支持台１０に近い１２ａ、１２ｂ側には軸θ_ｘ２軸のまわりの回転を自在にした第四軸１７、及び軸θ_ｙ２を回転自在にした第五軸１８が設けられている。さらに、２組のジンバル型軸受け機構の中間部には、軸線５ａ、５ｂのまわりに回転自在とした第三軸１９が設けられている。これらの各軸受け機構は、回転自在に構成されているので、各軸まわりのモーメントの伝達を遮断する効果がある。

このような構成によれば、支持部４は３つの軸線交点６が反射鏡１の内部に位置する状態で反射鏡１を支持するので、原理的に反射鏡１を３つの軸線交点６でピン支持しているのと等価となり、反射鏡１を剛体運動拘束することができる。

そして、光軸方向の荷重に対しては、６本の支持脚２で反射鏡１を支持し、支持脚対３ごとに周囲の鏡内部構造よりも強度が高い構造からなる第一の局所補強ブロック９が備えられているため、光軸方向の荷重を６本の支持脚２に分散し、その分散された荷重を第一の局所補強ブロック９で受けることとなる。そのため、支持脚の接合点８ａ、８ｂに発生する周囲に比べて相対的に高い荷重を強度の高い第一の局所補強ブロック９で受けとめることができ、支持脚２に発生する応力を低減することができるので、その結果、反射鏡１の鏡面変形や打ち上げ時の荷重による破壊を抑制することができる。すなわち、軸線交点６の位置が反射鏡１の内部に存在することで、以上のような効果を得ることができる。

さらに、光学試験時においては表面部１ａを重力方向に平行に立てた状態（すなわち光軸が水平な状態）で試験を行うこともあり、そのような場合には面内方向に重力がかかることとなる。このような面内方向の荷重に対しては、軸線交点６が反射鏡１の重心面７に存在するよう構成されることから、面内方向に荷重が作用したときに支持点近傍に発生するモーメントを低減することができ、表面部１ａの変形を抑制することができる。しかも光軸方向に荷重が掛った場合と同様に、支持脚対３ごとに軸線交点６を含む第一の局所領域に第一の局所補強ブロック９を備えているため、第一の局所領域に発生する周囲に比べて相対的に高い荷重を第一の局所補強ブロック９で受けとめて応力を低減することができるので、表面部１ａに発生する変形を一層抑制することができる。すなわち、軸線交点６の位置が反射鏡１の内部に存在することに加えて、反射鏡１の重心面７に存在することで、以上のような効果を得ることができる。

また、第一の局所領域のみに設けられる第一の局所補強ブロック９によって鏡面変形の低減や反射鏡１の強度向上を効果的に行うことができるので、鏡面変形を低減する目的のために支持点の全数を補強梁で連続的に連結するような長大な補強領域を設ける場合とは異なり、補強を設けることによる重量の増加を必要最小限に抑制することができる。

このような第一の局所領域のみに設けられる第一の局所補強ブロック９の作用効果は、以下のような原理に基づいている。荷重が作用した場合、支持脚２から反射鏡１に伝わる拘束反力は、接合点８ａ、８ｂから反射鏡１の裏面部１ｂを介してコア部１ｃに入力され、軸線交点６に集約される。そのため、第一の局所補強ブロック９の内部のみが力を大きく受ける部分であり他の領域とは力の集約度が大きく異なるため、第一の局所領域のみに第一の局所補強ブロック９を設けることにより、最小限度の部材量追加によって、上述した鏡面変形の低減や反射鏡１の強度向上を効果的に行うことができる。

ここで、上記に示したような軸線交点６でのピン支持と等価な支持効果の発生と第一の局所補強ブロック部９の内部方向へ力の集約は、支持脚２の両端近傍および軸線５まわりにモーメントの伝達を遮断する効果のある軸受け機構が設けられていることで、支持脚２から反射鏡１に伝達される荷重（反力）はほぼ支持脚２の軸線方向成分のみとなるので、確実に実現される。

さらに、必ずしも必要というわけではないが、第一の局所補強ブロック９の表面部１ａ側に図５に示すようにネック部１１を設けることで、第一の局所領域に集約された力によるひずみ変形の影響をネック部１１で遮断することができ、反射鏡１の表面部１ａへのひずみ変形の影響を抑制することができる。また、ネック部１１を設けることで、重量の増加を低減することができるのは言うまでもない。

また、以上に説明した本実施の形態１にかかる鏡支持構造において、第一の局所補強ブロック９は裏面部１ｂとコア部１ｃを一体成形し、第一の局所領域内のコア部１ｃを構成するリブの厚さが厚くなるように成形したので、第一の局所補強ブロック９を構成する裏面部１ｂ及びコア部１ｃは同一の素材でできている。しかしながら、第一の局所補強ブロック９は、リブの厚さが厚くなうように成形することに代えて、同じ素材の補強材をリブの側面と裏面部１ｂの内面にまたがって貼り付けるようにしてもよい。また、同じ素材でなく、同一の線膨張係数を有する素材の補強材を貼り付けるようにしてもよい。

また、上記において支持脚２と反射鏡１との接合点８ａ、８ｂの間の距離は、反射鏡１の全体の厚さあるいは反射鏡１の裏面から重心面７までの距離、および角度θｂなどによって決まり、反射鏡１が特に大形のものになると必然的に接合点８ａ、８ｂの間の距離も長くなる。ここで、支持脚２と反射鏡１との間を接着にて接合する場合に、１対の支持脚対３を一体構造となる金属材料で構成することが考えられる。このような場合、接合面が大きくなるため第一の局所補強ブロック９を設けなくとも応力を低減することができる。しかし、接合面間における反射鏡１の材料（熱変形を低減する目的から、線膨張係数がたとえば０．０１ｐｐｍ/Ｋオーダとなるような超低熱膨張ガラス）と支持脚２の材料（たとえば線膨張係数が０．５ｐｐｍ/Ｋとなるようなスーパーインバー素材）との熱膨張差による歪が大きくなるので、温度変化によって反射鏡１を歪ませたり、接合面が剥離したりするという問題が生ずる。一方、本発明による鏡支持構造では、第一の局所補強ブロック９を設けて応力を低減するので接合面を大きくすることがなく、第一の局所補強ブロック９と反射鏡１と同一素材でできているため、上記のような問題は発生させることなく支持脚２にかかる応力を低減することができる。よって、接着面間での熱変形や剥離破壊などの問題の影響を心配することなく、鏡面変形を抑制できるような鏡支持構造を実現することが出来る。

なお、本実施の形態では、支持脚２の軸受け機構としてころがり軸受けを用いることとしているが、すべり軸受け、あるいは弾性軸受けを用いることもできる。このような場合についても、１軸回転型のものを組合せて用いた構成であっても、球面型の軸受けを用いた構成であっても、同様の作用、効果を発揮できることは言うまでもない。

ここで、ころがり軸受けあるいはすべり軸受けを用いる際に、軸受け内部もしくは軸受けを保持するハウジング等にガタが存在すると、重力の作用する方向によって支持脚の両端の相対位置がガタ分だけ変化することになるので、反射鏡１の位置が変化することになる。高精度の位置安定性を要求される鏡支持構造においては、反射鏡１の位置がずれることは、焦点ずれなどの問題を生ずるので好ましくない。このような場合には、軸受けに予圧をかけてガタをころすようにすれば、上記の問題を解消できる。予圧の量は、たとえば、重力の作用方向が反転しても、支持脚２の軸線方向に作用する軸受け内部の圧力の正負が反転しない程度の大きさとしておけば、地上での試験においてガタの影響を抑制することができる。

実施の形態２．
なお、上述の実施の形態１では、６本の支持脚２を支持台１０にそれぞれ独立に固定することで鏡支持構造全体を固定しているが、このような場合支持台１０上の固定位置６箇所の相対的な位置変動の影響を受けるため、反射鏡１の位置精度が劣化するという問題があった。そこで、本実施の形態では、支持脚２の下端部を各々異なる支持脚対に属する２本の支持脚２ごとに１箇所の集結点２０で固定することで、上記の問題を解消するができる。以下、その詳細について説明する。ただし、支持脚２の下端部を支持台１０に固定するところの構成以外は実施の形態１と同様の構成であるため説明を省略する。また、同一の構成要素については、実施の形態１と同一の符号を用いる。

図７は、本発明の実施の形態２による鏡支持構造を説明するための斜視図である。なお、図７は反射鏡１を斜め裏側方向から見た斜視図となっている。

図７において、支持脚２の支持台１０側の端部である下端部は、各々異なる支持脚対３に属する支持脚２の下端部を２本ごとに１箇所の集結点２０に集約されている。すなわち、本実施の形態にかかる鏡支持構造全体では、支持脚２が３箇所に集約されて支持台１０に固定されている。なお、集結点２０は、１箇所の集結点２０に向かう２本の支持脚２の軸線５の仮想的な交点を意味するが、実際の構造物においては、支持脚２の下端部を固定するブロック状の構造体あるいは支持台１０内に位置している。

このような構成によれば、３箇所の集結点２０を固定することで鏡支持構造全体を固定することができ、６箇所の端末をそれぞれ固定する場合に比べて、支持台１０側の構造を簡素にすることができる。そのため、６箇所の相対的な位置変動の影響を受けることもないので、構造安定性に優れる。特に、支持台１０をトラス構造体で構成する場合においては、３箇所の集結点２０を支持台１０側のトラス構造の結節点とすればよいので、支持台１０と鏡支持構造の結合が容易で、かつ安定性に優れたものとなる。

なお、実施の形態２による鏡支持構造を実現する場合において、集結点２０を支持台１０上の所望の位置に配置し、かつ、軸線交点６を所望の位置に配置するために、集結点２０の自由度を大きくする場合がある。そのような場合には、第一の局所補強ブロック９を拡張することが望ましい。図８は、かかる場合において、第一の局所補強ブロック９の拡張を示す反射鏡１の局所断面図であり、図４の断面に相当する第一の局所補強ブロック９を拡張した場合の局所断面図である。図４において、リブの１区画のみにおいて第一の局所補強ブロック９を実現する構成を示したが、図８においては、近接する複数のリブで構成される区画内全体で部材厚さをＴｃに増強して第一の局所補強ブロック９を構成している。この区画内に軸線交点６が存在すれば、上述の場合と同様に第一の局所補強ブロック９の効果を実現することができる。

実施の形態３．
なお、人工衛星搭載用の反射鏡１は地上での光学試験を行う必要があるが、実際の運用中は無重力環境であるため、このような試験時には無重力状態と極力等価な環境で試験を行う必要がある。このような光学試験時において、上述した実施の形態１又は２では、３箇所の第一の局所補強ブロック９に接合された支持脚対３のみで支持するため、各支持点の間の重力による変形が大きくなり、無重力状態と等価な環境での試験が困難となる場合があった。そこで、本実施の形態では、光学試験において用いる重力補償機構２２と第二の局所補強ブロック２１を備えることで、上記の課題を解消することができる。以下、その詳細について説明する。ただし、重力補償機構２２と第二の局所補強ブロック２１を備える構成以外は実施の形態１と同様の構成であるため説明を省略する。また、同一の構成要素については、実施の形態１ないし２と同一の符号を用いる。

図９、図１０は、本発明の実施の形態３に係る鏡支持構造説明するための図であり、図９は反射鏡内部の面内方向の中間断面図、図１０は鏡支持構造を備えた反射望遠鏡の反射鏡付近の側面模式図を示す。

図９において、円形の反射鏡１の半径方向位置（中心を０とし、最外周を１００％としたときの半径方向座標位置）がおよそ６０％の同一円周上で中心角１２０度ごとの３箇所に第一の局所補強ブロック９を有するとともに、前記３箇所の各第一の局所補強ブロック９の中間部である第二の局所領域、すなわち、前記と同じく半径方向位置がおよそ６０％の同一円周上で中心角が第一の局所補強ブロック９とそれぞれ６０度ずつ異なる領域において、第二の局所補強ブロック２１を合計３箇所に備える。さらに、前記第二の局所補強ブロック２１の位置にて、所望の値に合わせて調整された一定の力を発生して反射鏡１を光軸方向に支持し着脱が可能な、重力補償機構２２を備える。

図１０はこの重力補償機構２２の設置状態を示す側面模式図であり、支持台１０と反射鏡１の裏面の間に、重力支持機構２２が設置されている。図１０では図の簡素化のために重力支持機構２２は１箇所のみしか図示していないが、上述のように、重力支持機構２２は全体で３箇所ある第二の局所補強ブロック２１の位置に設けられている。重力補償機構２２は、反射鏡１へ力を伝達する力伝達部２２ａ、伝達されている力の量を検知する力検出器２２ｂ、力を発生する力発生器２２ｃ、支持台１０との着脱が可能な状態で支持台１０と本重力補償機構２２との結合をおこなう結合部２２ｄから構成される。力発生器２２ｃは、ボイスコイルモータなどの電磁アクチュエータ、回転型モータとボールネジなどの直動変換機構を有する電動ジャッキ、空気や液体などの圧力を利用する流体圧アクチュエータ、テコと重錘を用いるカウンタウェイト機構など、一般的な力発生機構が適用可能である。また、発生力を所望の値に保つために、力検出器２２ｂの検出値をコントローラに伝達して、目標値との差をフィードバック制御するなどの、力制御機構を有することとしてもよい。

このような構成によれば、支持脚２の軸線交点６を包含する３箇所の第一の局所補強ブロック９に加えて、重力補償機構２２が支持する第二の局所補強ブロック２１を各第一の局所補強ブロック９の中間部となる位置に設けたので、ほぼ同一円周上で等間隔の６箇所で反射鏡１を支持することができる。光軸方向に重力が作用する場合においては、一般的に、重力による反射鏡１の変形は面内方向に重力が作用する場合に比べて大きく発生するため、３箇所の第一の局所補強ブロック９に接合された支持脚２のみで支持した場合には、支持点の間の重力によるダレの変形が大きくなりやすく、光学性能試験時における鏡面変形が過大となることがある。しかし、本実施の形態では、同一円周上で等間隔の６箇所で反射鏡１を支持することができるので、反射鏡１の光軸方向重力による鏡面変形を効果的に低減できる。

さらには、以下のようも効果も得られる。すなわち、反射鏡１がほぼ軸対称な構造であり、かつ第一の局所補強ブロック９と第二の局所補強ブロック２１の配置もほぼ同一円周上で軸対称であることによって、支持脚２と重力補償機構２２で保持する鏡の重量をほぼ均等（ぼぼ６分の１ずつ）に分散することが可能であり、このように反射鏡１を同一円周上の多点で均等に保持することで、反射鏡１の重力変形を単に低減することができるばかりでなく、軸対称で放物面形状に近い変形量の分布を形成することが可能となる。一般的に軸対称の集光光学系において、表面部１ａの変形量の分布が放物面形状に近ければ、表面部１ａが変形することによる反射鏡１の集光性能への影響は、光軸上で焦点位置が移動することとほぼ等価になることが知られている。本実施の形態では、上述のように反射鏡１の変形量分布を軸対称で放物面形状に近づけることができるので、上記の焦点移動との等価性が得られ、たとえ鏡面変形の絶対量が大きくても、鏡面変形による焦点の移動を打ち消すように検出器あるいは２次鏡などの光学素子の移動を行うことによって、焦点位置のずれをキャンセルすることができ、鏡面変形のほとんどの影響を除去することができる。このように重力補償機構２２を用いることで、重力下での試験の際に無重力状態と等価な環境で試験を行うことができる。

また、重力補償機構２２は、着脱可能な構成としているので、地上での製造過程における試験において必要な場合のみ使用し、実際に運用する場合にはあらかじめ取り外すことで宇宙環境において使用する必要のない付属物の重量を減らすことができる。加えて、重力補償機構２２は力検出器２２ｂを備えるので、実際に反射鏡１に作用している支持力を正確に計測し、所望の値に調整することが可能である。これによって、重力下での表面部１ａの変形を上述のように軸対称になるように正確に発生させることが可能となり、望まれる場合には、支持荷重を意図的に異なった値に変動させてその状況下での鏡面変形や光学性能を計測することができる。その結果、鏡支持構造の重力変形などの性質を表す力学モデルの精度を向上することができ、無重力下での反射鏡１の形状を推定する場合の推定精度を向上させることができる。

なお、上記では重力補償機構２２を、支持台１０に直接固定することとしたが、実施の形態２のように支持脚２の支持台１０側の端部を集結点２０で固定する場合には、重力補償機構２２についても保持台２３とインタフェース部２４からなる保持機構を介して集結点２０において固定することができる。図１１はかかる場合における鏡支持構造を備えた反射望遠鏡の反射鏡付近の側面概念図である。ここで、保持台２３は重力補償機構２２を保持しており、インタフェース部２４は支持脚２の支持台１０側の集結点２０（全体で３箇所）を支承とする。これにより、重力補償機構２２は集結点２０を支承として反射鏡１と支持台１０の間の空間に配設される。このような構成よれば、重力補償機構２２の支持力に対する反射鏡１の反力が３箇所の集結点２０に伝達されるため、支持台１０の中間部に反力が作用するのを避けることができるので、反力によって支持台１０が変形して支持脚２の相対位置が変動することを避けることができ、重力補償機構２２を用いた場合の反射鏡１の位置の変動や、重力補償機構２２を着けたときと外したときとの形状の差異を軽減することができる。すなわち、形状がより安定した鏡支持構造を得ることができる。

また、上述の実施の形態１ないし３にかかる鏡支持構造を人工衛星搭載用の反射望遠鏡に用いることで、重量の増加を抑制しつつ打ち上げ時の荷重による破壊を抑制することができる反射望遠鏡が得られる。

１：反射鏡
１ａ：表面部
１ｂ：裏面部
１ｃ：コア部
２、２ａ、２ｂ：支持脚
３：支持脚対
４：支持部
５、５a、５ｂ：軸線
６：軸線交点
７：重心面
８ａ、８ｂ：接合点
９：第一の局所補強ブロック
１０：支持台
１１：ネック部
１２a、１２b：結合点
１３a、１３b：交点
１５：第一軸
１６：第二軸
１７：第四軸
１８：第五軸
１９：第三軸
２０：集結点
２１：第二の局所補強ブロック
２２：重力補償機構
２２ａ：力伝達部
２２ｂ：力検出器
２２ｃ：力発生器
２２ｄ：結合部
２３：保持台
２４：インタフェース部

Claims

各々の一端が円形の反射鏡に固定され各々の他端が支持台に固定された６本の支持脚が２本で一対となる３つの支持脚対で構成されるとともに、前記３つの支持脚対の各々における２本の前記支持脚の軸線交点が前記反射鏡の内部に位置し、かつ、前記６本の支持脚が前記反射鏡の中心点を中心とする同一円周上に配置されるように設置される支持部と、
前記反射鏡における前記支持脚対の２本の前記支持脚と前記反射鏡との２箇所の接合点及び前記軸線交点を包含する前記支持脚対ごとの第一の局所領域に設けられ、前記反射鏡の前記局所領域以外の領域における前記反射鏡の鏡内部構造よりも強度が高い構造の第一の局所補強ブロックと、
を備えることを特徴とする鏡支持構造。
前記反射鏡は、
光を反射する表面部と、
前記鏡内部構造に含まれ、複数のリブを組み合わせた三角格子から構成されるコア部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の鏡支持構造。
前記鏡内部構造に含まれた前記コア部を構成する前記複数のリブのうち、前記第一の局所領域における前記リブが、前記第一の局所領域以外の領域における前記リブよりも、前記反射鏡の光軸方向と垂直な面内方向の厚さが厚い構造とすること
を特徴とする請求項２記載の鏡支持構造。
第一の局所補強ブロックは、前記反射鏡の前記表面部と反対面である裏面側から前記反射鏡の前記光軸方向の中央部を包含する領域に形成され、
前記反射鏡の前記表面部と前記第一の局所補強ブロックとの間における前記リブを、前記第一の局所領域の前記リブよりも、前記面内方向に薄くしたネック部を備えること
を特徴とする請求項３に記載の鏡支持構造。
前記支持脚は、前記軸線交点が前記反射鏡の光軸法線面で位置し、かつ、前記反射鏡の重心を通る重心面上に位置するように配置されること
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鏡支持構造。
前記軸線交点の位置を前記重心面から前記光軸方向にオフセット調整することを特徴とする請求項５に記載の鏡支持構造。
前記支持脚は、
前記支持脚の軸線回りに自在にねじり回転する又は前記軸線回りのねじりモーメントの伝達を低減する軸受け機構と、
前記支持脚の両端近傍に前記軸線に直交する２軸回りに自在に回転する、又は前記２軸回りのモーメントの伝達を低減する軸受け機構と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の鏡支持構造。
前記支持脚の前記他端は、各々異なる前記支持脚対に属する前記支持脚の前記他端を２本ごとに、１箇所の集結点に集約し前記支持台に固定されること
を特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の鏡支持構造。
前記円周上における前記各支持脚対の各配置点の前記同一円周上の中間部である第二の局所領域に設けられ、前記反射鏡の前記局所領域及び前記第二の局所領域以外の領域における前記反射鏡の鏡内部構造より強度が高い構造の第二の局所補強ブロックと、
前記第二の局所補強ブロックの位置において所望の値に合わせて調整された力を発生して前記反射鏡を支持し、かつ着脱可能な重力補償機構と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の鏡支持構造。
前記円周上における前記各支持脚対の各配置点の前記同一円周上の中間部である第二の局所領域に設けられ、前記反射鏡の前記局所領域及び前記第二の局所領域以外の領域における前記反射鏡の鏡内部構造よりも強度が高い構造の第二の局所補強ブロックと、
前記第二の局所補強ブロックの位置において前記反射鏡を支持し、着脱可能な重力補償機構と、
前記集結点を支承として前記重力補償機構を保持する保持機構と、
を備えることを特徴とする請求項８記載の鏡支持構造。