JP6312113B2 - 分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置およびその鏡交換方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数の鏡から構成される分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置およびその鏡交換方法に関するものである。

分割鏡式望遠鏡では鏡整備のために定期的な鏡の交換が必要である。この交換を行う装置としては、ワイヤーでつり下げられた把持機構で鏡の取付け、取外しを行うことが考えられる(例えば、特許文献１)。

特開２００１−３１３８３号公報

従来方式では、ワイヤーで吊下げられた把持機構で鏡の取付け、取外しを行う。ここで使用されている交換装置のワイヤー吊下げ方式は、上記特許文献１に開示された折畳み型重量物吊上げ運搬車と概ね同じ構成、方法である。この場合、鏡が揺れるため高精度な位置決め精度が実現できないという課題がある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、分割鏡の高精度な位置決めが実現可能な分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置およびその鏡交換方法を得ることを目的とする。

この発明は、複数の分割鏡が着脱可能に配置された分割主鏡を備えた分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置に係る。鏡交換装置は、開閉可能な把持爪部によって分割鏡を上方から把持する把持機構と、下端に把持機構が固定されて把持機構の位置および姿勢を変える多軸駆動可能な精駆動機構と、精駆動機構を保持する保持部と、取外すおよび取付けた分割鏡をこの分割鏡の垂直軸方向に沿って上下させるリフト機構と、把持機構の把持爪部またはこの把持爪部に把持された分割鏡である比較対象物とこの比較対象物を接触させる目標対象物との間の相対位置および相対姿勢を検出する第１の検出部と、保持部のたわみ、または保持部のたわみを含む精駆動機構のたわみを検出する第２の検出部と、分割鏡を交換する上で、第１の検出部または第２の検出部からの検出信号に基づいて把持機構、精駆動機構およびリフト機構を駆動制御する鏡交換制御部とを備える。鏡交換制御部は、第１の検出部での計測の可否を判定する判定部を有し、判定部の判定結果が可の場合には、第１の検出部からの検出信号に基づいて、判定部での判定の結果が否である場合には、第２の検出部からの検出信号に基づいて駆動制御する。

この発明では、分割鏡の高精度な位置決めが実現可能な分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置およびその鏡交換方法を提供できる。

この発明の実施の形態１による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置を設けた分割鏡式望遠鏡の全体構成を示した図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の中心領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明に実施の形態６による鏡交換装置を設けた分割鏡式望遠鏡の全体構成を示した図である。 この発明の実施の形態７による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態８による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構へ取付ける動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８による鏡交換装置の分割主鏡の外周領域での分割鏡をリフト機構から取外す動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態９による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置における分割鏡とリフト機構の相対的な姿勢誤差の補正を説明するための図である。 この発明の実施の形態９による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置における分割鏡とリフト機構の相対的な姿勢誤差の補正を説明するための図である。 この発明の実施の形態９による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置における分割鏡とリフト機構の相対的な姿勢誤差の補正を説明するための図である。 この発明の実施の形態９による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置における分割鏡とリフト機構の相対的な姿勢誤差の補正を説明するための図である。 この発明の実施の形態１０による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。 この発明による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の制御系の構成の一例を示す図である。 図３８の鏡交換制御部の構成の概略を示す図である。 この発明による相対位置・姿勢センサとたわみ計測器とを利用した精軌道演算部のフローチャートを示す図である。 この発明による６軸力センサを利用した精軌道演算部のフローチャートを示す図である。 この発明による相対位置・姿勢センサとたわみ計測器と６軸力センサを利用した精軌道演算部のフローチャートを示す図である。 この発明による相対位置・姿勢センサとたわみ計測器とを利用した精軌道演算部のハードウェア構成を示す図である。 この発明による６軸力センサを利用した精軌道演算部のハードウェア構成を示す図である。 この発明による相対位置・姿勢センサとたわみ計測器と６軸力センサを利用した精軌道演算部のハードウェア構成を示す図である。 この発明による相対位置・姿勢センサとたわみ計測器と６軸力センサと重力検知センサを利用した精軌道演算部のハードウェア構成を示す図である。

以下、この発明による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置およびその鏡交換方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。図２は分割鏡式望遠鏡の全体構成を示し、(ａ)が上面図、(ｂ)が(ａ)の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図１は鏡交換装置１により分割鏡３を分割鏡のリフト機構４に取付けた状態を示している。分割鏡式望遠鏡１ａの動作時等の通常時は、分割鏡３は分割鏡式望遠鏡本体２に取付けられている。

分割鏡３は、鏡材部３００、鏡把持部３０１、リフト挿入部３０２からなる。
鏡材部３００は、実際に望遠鏡を構成する。
鏡把持部３０１は、後述の把持爪部６０２等で把持される部分である。
リフト挿入部３０２は、後述のリフト機構４が挿入されて押し上げられる部分である。
鏡メンテナンス時には、分割鏡３のリフト挿入部３０２がリフト機構４により上方に押されてジャッキアップされる。そして鏡把持部３０１が把持爪部６０２等で把持される。

鏡交換装置１は、リフト機構４、粗駆動機構５、６軸駆動可能な精駆動機構７、把持機構６、およびこれらの制御を行う後述する鏡交換制御部１００から構成されている。
粗駆動機構５は、粗駆動機構ベース５０３を分割主鏡３３上の分割鏡式望遠鏡１ａの面に沿った平面内に位置と方向を変えて移動させる。
把持機構６は、分割鏡３を開閉可能に上方から把持する。
精駆動機構７は、下端に把持機構６が固定され上端が粗駆動機構ベース５０３に固定されて、把持機構６の位置および姿勢を例えば３次元で粗駆動機構５より高精度に変える。
リフト機構４は、分割主鏡３３側で交換する分割鏡３を分割鏡３の垂直軸方向に沿って上下させる。
鏡交換制御部１００は、これらのリフト機構４、粗駆動機構５、把持機構６、精駆動機構７を駆動制御して分割鏡３の交換を行う。
なお、精駆動機構は精密駆動機構を意味する。
また、精駆動機構７は６軸に限らず多軸駆動可能なものであってもよい。

粗駆動機構５は図２のように、粗円周駆動機構５００、粗直線駆動機構５０１、粗回転駆動機構５０２、粗駆動機構ベース５０３から構成される。
粗駆動機構ベース５０３は、精駆動機構７、把持機構６を支持する。
粗回転駆動機構５０２は、粗駆動機構ベース５０３を鉛直軸回りに回転させる。
粗直線駆動機構５０１は、水平方向に延び、粗駆動機構ベース５０３を直線上に移動させる。
粗円周駆動機構５００は、粗直線駆動機構５０１を、図２の(ａ)の２本の一点鎖線の交点に当たる、分割主鏡３３の中心の鉛直軸回りに回転させる。

精駆動機構７は、粗駆動機構ベース５０３と把持機構６の把持機構ベース６００の間に複数の関節部が接続されて構成される。各関節部は隣の関節部またはベースと関節部に平行または直交するそれぞれの回転軸回りに可動である。

把持機構６は、把持機構ベース６００、把持回転開閉機構６０１、把持爪部６０２から構成されている。
把持機構ベース６００は、精駆動機構７の下端の関節部に固定されている。
把持回転開閉機構６０１は、把持爪部６０２を図１に示した状態で把持機構ベース６００の両端の紙面に垂直な水平方向に延びるそれぞれの回転軸回りに可動させて開閉させる。
把持爪部６０２は、分割鏡３を把持する。

リフト機構４、
粗駆動機構５の、粗円周駆動機構５００、粗直線駆動機構５０１、粗回転駆動機構５０２、
把持機構６の把持回転開閉機構６０１、
精駆動機構７の各関節部、
は、それぞれの駆動対象を動かすためのステッパモータ等からなる駆動部(図示省略)、
およびそれぞれの駆動対象の駆動回転軸回りの角度位置を検出する角度センサ、直接駆動方向軸上の座標位置を検出する位置センサ、等からなる状態検出部(図示省略)を備える。

把持機構６には、それぞれに演算機能を備えた、把持爪部６０２と分割鏡３の鏡把持部３０１との相対位置と姿勢を計測するための把持爪鏡把持部相対センサ１１１、及び、分割鏡３のリフト挿入部３０２とリフト機構４との相対位置と姿勢を計測するためのリフト挿入部相対センサ１１２が取付けられている。
また、粗駆動機構ベース５０３には、慣性空間における傾きを計測するためのたわみ計測器１１０が取付けられている。
なお、「位置」とは設定された軸上の位置、または鉛直方向をＺ軸とするＸＹＺ座標における位置、「姿勢」とは設定された軸回りの角度、またはＸＹＺ座標の各軸回りの角度とする。
粗駆動機構５は把持機構６および精駆動機構７の上述の「位置」を変えるが、加えて粗回転駆動機構５０２によりＺ軸回りの方向を変えることも可能である。
またリフト挿入部相対センサ１１２が第１の検出部、把持爪鏡把持部相対センサ１１１が第２の検出部、たわみ計測器１１０が第３の検出部、をそれぞれ構成する。

図３８には、この発明による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の制御系の構成の一例を示す。鏡交換制御部１００は例えば図３９に示すように、ＣＰＵ１０２とメモリ１０３と入出力インタフェース１０１からなるプロセッサ１００ａで構成される。メモリ１０３には図３８においてブロックで示された各処理機能のためのプログラムが処理で使用されるデータと共に格納されており、ＣＰＵ１０２により各プログラムが実行される。図１等の粗軌道演算部８、精軌道演算部９はこの発明に特に関連する一部を示したものである。
鏡交換制御部１００は、粗軌道演算部８、粗駆動ホールド制御部８ａを含む粗駆動制御部８０、精軌道演算部９、精駆動ホールド制御部９ａ、力補正部９ｂを含む精駆動制御部９０、把持制御部６０、リフト制御部４０を含む。

図２の(ｂ)に示すように分割主鏡３３は、中心領域の分割鏡３では垂直軸の方向が重力方向すなわち鉛直方向と同じであるが、外周に向かうに従って、分割鏡３の垂直軸の方向が鉛直方向に対して内側に傾きを生じ、徐々に大きくなる。

図３から７は、この発明の実施の形態１による鏡交換装置の、分割主鏡３３の中央付近すなわち中心領域での分割鏡３をリフト機構４へ取付ける動作フローの一例を説明するための図である。

図３の初期位置において、図３８に示した鏡交換制御部１００における粗駆動制御部８０の粗軌道演算部８は、粗駆動機構５から出力される粗駆動センサ信号８００１を取込む。粗駆動センサ信号８００１は、粗駆動機構ベース５０３の平面内の位置および平面内の方向を示すフィードバック信号である。粗駆動センサ信号８００１は例えば、粗円周駆動機構５００による粗直線駆動機構５０１の回転位置、粗直線駆動機構５０１による粗駆動機構ベース５０３の粗直線駆動機構５０１の移動軸上の位置、粗回転駆動機構５０２による粗駆動機構ベース５０３の回転位置を含む。そしてメモリ１０３に予め記録されているメンテナンスする分割鏡３の位置との差分に従って、粗駆動指令信号８００２を出力して、精駆動機構７および把持機構６を支持している粗駆動機構５の粗駆動機構ベース５０３を目標のメンテナンスする分割鏡３の位置まで移動させる。この時、粗駆動機構５が長大である場合、位置制御精度には限界があり誤差が残る。

図４において、リフト挿入部相対センサ１１２がリフト挿入部３０２とリフト機構４の相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測したリフト挿入部相対センサ信号９００５が、精駆動制御部９０の精軌道演算部９に入力される。また、把持機構６が把持している分割鏡３の位置と姿勢を同定する精駆動機構７の各関節信号である精駆動センサ信号９００１が精軌道演算部９に入力される。精駆動センサ信号９００１は、把持機構６ひいては分割鏡３の位置および姿勢を示すフィードバック信号である。これらの精駆動センサ信号９００１及びリフト挿入部相対センサ信号９００５から、相対的な位置誤差と姿勢誤差を補正するように精駆動指令信号９００２が精軌道演算部９から精駆動機構７に出力される。

その後、精駆動指令信号９００２により精駆動機構７を駆動させて、分割鏡３をリフト機構４の方向に下降させて、分割鏡３のリフト挿入部３０２にリフト機構４の先端が挿入されるようにして、図５のように分割鏡３がリフト機構４に取付けられる。この段階で分割鏡３の荷重はリフト機構４に移り、把持爪部６０２は鏡把持部３０１と離間している。
図３８に示す把持制御部６０からの把持爪駆動指令信号９００７により、図６のように把持回転開閉機構６０１が駆動して把持爪部６０２が開いた後に、図３８に示すリフト制御部４０からのリフト駆動指令信号９００８により、図７のようにリフト機構４が下降することで分割鏡３は分割鏡式望遠鏡本体２の所定の位置にセットされる。

図８から１０は、この発明の実施の形態１による鏡交換装置の、分割主鏡３３の中央付近すなわち中心領域での分割鏡３をリフト機構４から取外す動作フローの一例を説明するための図である。

図８の初期位置において、粗軌道演算部８は粗駆動機構５から出力される粗駆動センサ信号８００１を取込み、メモリ１０３に予め記録されているメンテナンスする分割鏡３の位置との差分から粗駆動指令信号８００２を出力して、精駆動機構７および把持機構６を支持している粗駆動機構５の粗駆動機構ベース５０３を目標のメンテナンスする分割鏡３の位置まで移動させる。また、リフト制御部４０からのリフト駆動指令信号９００８により、リフト機構４が分割鏡３を設定位置まで上昇させる。この時、粗駆動機構５が長大である場合、位置制御精度には限界があり誤差が残る。図８は粗軌道演算部８だけで制御して粗駆動機構５を移動させた際の把持機構６に傾きが生じ、誤差がある場合を想定した図を示している。

把持制御部６０からの把持爪駆動指令信号９００７により、把持回転開閉機構６０１が駆動して把持爪部６０２が閉じるとともに、把持爪鏡把持部相対センサ１１１が分割鏡３と把持機構６の相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測した把持爪鏡把持部相対センサ信号９００４が精軌道演算部９に入力される。また、把持機構６の手先である把持爪部６０２の位置と姿勢を同定する精駆動機構７の各関節信号である精駆動センサ信号９００１が精軌道演算部９に入力される。これら、精駆動センサ信号９００１、及び、把持爪鏡把持部相対センサ信号９００４から相対的な位置誤差と姿勢誤差を補正するように精駆動指令信号９００２が精軌道演算部９から精駆動機構７に出力される。この結果、把持爪部６０２と鏡把持部３０１は水平かつ平行に対向した状態である図９の状態となる。精軌道演算部９からの精駆動指令信号９００２により精駆動機構７を駆動させて、把持機構６をリフト機構４の上方へ上昇させて図１０のように分割鏡３をリフト機構４から取外す。この途中段階で分割鏡３の荷重はリフト機構４から把持機構６に移る。

また、この発明において、粗駆動機構５は、精駆動機構７を保持する保持部としても良い。保持部は、粗駆動機構５のように精駆動機構７を移動させるものでも良いし、単に精駆動機構７を固定して保持するものでも良い。

図４３は、本実施の形態の精軌道演算部９の構成を示す。精軌道演算部９は、鏡交換制御部１００の一部分であり、第１の検出部、第２の検出部および精駆動機構７からの出力を受けて、精駆動機構７へ精駆動指令信号９００２を出力する。

第１の検出部は、把持機構６の把持爪部６０２またはこの把持爪部６０２に把持された分割鏡３である比較対象物と、この比較対象物を接触させる目標対象物との間の相対位置および相対姿勢を検出する。具体的には、比較対象物を把持機構６の把持爪部６０２として、目標対象物を把持される分割鏡３としたり、比較対象物を把持機構に把持された分割鏡３として、目標対象物をリフト機構４としたりすることができる。
さらに具体的には、第１の検出部は、把持爪部６０２と分割鏡３の鏡把持部３０１との相対位置および姿勢を計測する相対位置・姿勢センサである把持爪鏡把持部相対センサ１１１、若しくは分割鏡３のリフト挿入部３０２とリフト機構４との相対位置および姿勢を計測する相対位置・姿勢センサであるリフト挿入部相対センサ１１２、または把持爪鏡把持部相対センサ１１１およびリフト挿入部相対センサ１１２である。
第１の検出部は、把持爪鏡把持部相対センサ１１１から把持爪鏡把持部相対センサ信号９００４を、リフト挿入部相対センサ１１２からリフト挿入部相対センサ信号９００５を精軌道演算部９へ出力する。

第２の検出部は、保持部のたわみ、または保持部のたわみを含む精駆動機構７のたわみを検出するたわみ計測器１１０である。なお、たわみ計測器１１０は、精駆動機構７のたわみを検出するようにしても良い。保持部は、精駆動機構７を保持する意味で粗駆動機構５を含む概念である。保持部は、分割鏡型望遠鏡１ａの鏡を交換するため精駆動機構７を分割鏡型望遠鏡１ａの上方に保持する。このため、保持部が長尺となることがあり、精駆動機構７およびその下部に設けられた把持機構６自体の重量、さらに分割鏡３を把持した場合には、分割鏡３の重量が保持部にかかる。すると保持部が上記重量によりたわむから、このたわみをたわみ計測器１１０が検出する。また、精駆動機構７自体にも、関節をもった腕を有する場合等には、たわみが発生する。たわみ計測器１１０は、精駆動機構７自体のたわみおよび保持部のたわみを含めて計測するようにしても良い。このようにすることでさらに高精度の位置決めができる。

ここで、たわみ計測器１１０の計測は、例えば、歪みに比例して抵抗値が変化する歪みゲージをたわむ部分に貼り付けて部分的な歪みを計測し、部分的な歪みから所定箇所の変位であるたわみを求めることで行うことができる。この発明では、たわみ計測器１１０は、精駆動機構７の把持機構６との接続部分でのたわみ(変位)を求めるようにする。

精駆動機構７は、精駆動機構７の各関節信号である精駆動センサ信号９００１を出力する。出力された信号は、精軌道演算部９に入力される。

精軌道演算部９は、第１の検出部が検出可能であるかを判定する第１検出器計測判定部９Ａおよび第１の検出部と精駆動機構７からの第２の検出部であるたわみ計測器１１０からの信号９００３から精駆動機構の指令信号を計算して精駆動機構７へ精駆動指令信号９００２を出力する精駆動指令信号演算処理部９Ｂを有する。

第１検出器計測判定部９Ａは、第１の検出部からの信号をもとに第１の検出部が、比較対象物と目標対象物を識別して、相対位置および相対姿勢を計測できるかを判定する。例えば、第１の検出部は、デジタルカメラ等で構成して、撮影した映像中の比較対象物と目標対象物とを画像処理によって認識して、相対位置および相対姿勢を検出しても良い。この場合、デジタルカメラで撮影した映像中に比較対象物と目標対象物とが識別できるように映っていなければ認識できない。例えば、把持機構６に設けたデジタルカメラが、把持機構６が分割鏡３を把持することによって、視界が分割鏡３で遮られて目標対象物であるリフト機構４が画像に写らなくなることもある。この場合、目標対象物であるリフト機構４が認識できないため、第１検出器計測判定部９Ａは、検出不可(否)と判断する。

また、第１検出器計測判定部９Ａは、測定対象が、第１の検出部(１１１，１１２)の測定レンジの範囲内である場合に、検出可と判断し、測定対象が、第１の検出部(１１１，１１２)の測定レンジの範囲外である場合に、検出不可と判断するようにしても良い。
また、第１検出器計測判定部９Ａは、第１の検出部(１１１，１１２)自体が、停止している場合に、検出可と判断し、第１の検出部(１１１，１１２)自体が、移動している場合に、検出不可と判断するように構成しても良い。

また、第１検出器計測判定部９Ａは、把持爪部６０２に設けた接触センサなどによって分割鏡３を把持しているか否かの情報を入力として、判定する対象の相対位置・姿勢センサを切替えても良い。例えば、上記分割鏡３を把持しているか否かの情報が、分割鏡３を把持していない場合には、分割鏡３のリフト挿入部３０２とリフト機構４との相対位置および姿勢を検出するリフト挿入部相対センサ１１２に対して判定し、上記分割鏡３を把持しているか否かの情報が、分割鏡３を把持している場合には、把持爪部６０２と分割鏡３の鏡把持部３０１との相対位置および姿勢を計測する把持爪鏡把持部相対センサ１１１としても良い。

また、第１検出器計測判定部９Ａは、鏡交換制御部１００の制御モードが、取付けか取外しかの違いによって、判定する対象の相対位置・姿勢センサを切替えても良い。例えば、判定する対象の相対位置・姿勢センサを取付け時には、リフト挿入部相対センサ１１２に対して判定し、取外し時には、把持爪鏡把持部相対センサ１１１としても良い。

第１検出器計測判定部９Ａは、判定する対象である第１の検出器である相対位置・姿勢センサの計測可否を出力する。

精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、第１の検出部と精駆動機構７からの第２の検出部であるたわみ計測器１１０からの信号９００３から精駆動機構の指令信号を計算して精駆動機構７へ精駆動指令信号９００２を出力する。
精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、第１検出器計測判定部９Ａの判定結果が可である場合には、前記第１の検出部からの検出信号に基づいて、把持機構６、精駆動機構７およびリフト機構４を制御する。また、第１検出器計測判定部９Ａの判定結果が否である場合には、第２の検出部からの検出信号に基づいて把持機構６、精駆動機構７およびリフト機構４を駆動制御する。

精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、把持機構４が現在の位置および姿勢から比較対象物が目標対象物に接触する目標の位置および姿勢になるまでの把持機構４の位置および姿勢である目標軌道を演算する。精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、目標軌道を記憶部(メモリ１０３)に記憶する。ここで目標軌道は、把持機構４の位置および姿勢の時系列変化を表現するものである。例えば、目標軌道は、把持機構４の代表点の３次元位置および代表点から延びる単位ベクトルの組をある時点の把持機構４の位置と姿勢として、時系列で変化する代表点と単位ベクトルとの組の複数で表現することができる。

精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、判定部である第１検出器計測判定部９Ａの判定結果が可の場合には、計測可能な第１の検出部の検出信号に基づいて記憶部(メモリ１０３)に記憶された目標軌道を補正する補正量を求め、この補正量で補正した新たな目標軌道を求め、求めた新たな目標軌道を記憶部(メモリ１０３)に既に記憶されている目標軌道に変えて記憶する。ここで、第１の検出部が計測可能である場合には、目標軌道中の現在位置における、本来予定した比較対象物と目標対象物との相対位置および相対姿勢が、第１の検出部で実測した相対位置および相対位置と異なる場合がある。予定した相対位置および相対姿勢が実測と異なる場合には、その差分を補正量として求める。上記の保持部のたわみまたは保持部のたわみを含む精駆動機構のたわみがある場合には、このたわみ分含む差分が補正量として求められることになる。

精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、判定部である第１検出器計測判定部９Ａの判定結果が否の場合には、第２の検出部(たわみ計測器１１０)の信号９００３に基づいて記憶部(メモリ１０３)に記憶された目標軌道を補正する補正量を求める。例えば、たわみ計測器１１０の信号９００３が、鉛直下方にたわみ量を示している場合には、補正量は、鉛直上方のたわみ量となる。このようにすることで、第１の検出部で比較対象物と目標対象物の相対位置および相対姿勢が求められない場合にも、保持部または保持部と精軌道機構のたわみ第２の検出部で計測しているから、これらたわみ分の補正をすることができる。なおこの場合は、補正した目標軌道の値を記憶部(メモリ１０３)には記憶せず、次回に補正計算する場合には、記憶部(メモリ１０３)に記憶された目標軌道の値を用いる。

また、第１検出器計測判定部９Ａの判定結果が可から否に変化したときには、その時点の第２の検出部(たわみ計測器１１０)の信号を記憶部(メモリ１０３)に記憶する。判定結果が可から否に変化した直後は、補正せず、以後は、定結果が可から否に変化した直後に記憶した第２の検出部(たわみ計測器１１０)の信号と、最新の第２の検出部(たわみ計測器１１０)の信号との差分を補正量とすることができる。

また、別の方法としては、補正した目標軌道の値を記憶部(メモリ１０３)には記憶し、直前の第２の検出部(たわみ計測器１１０)の信号と最新の第２の検出部(たわみ計測器１１０)の信号との差分を補正量として目標軌道を補正した値を記憶部(メモリ１０３)に記憶しても良い。

上記は、目標軌道を求めて目標軌道を補正する説明をしたが、把持機構４が現在の位置および姿勢から比較対象物が目標対象物に接触する目標の位置および姿勢になるまでの動作をさせるように、精駆動機構７を駆動する指令信号を求めて、上記と同様な手法で補正しても良い。

精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、補正量で補正した目標軌道により精駆動機構７を駆動制御する。

また、精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、精駆動機構７を駆動する指令信号を補正して精駆動機構７を駆動制御するようにしても良い。この場合、上記で求めた目標軌道(補正前)から精駆動機構７を駆動する指令信号を求め、求めた指令信号に対して補正して、精駆動機構７へ出力することができる。

具体的には、把持機構４の現在の位置および姿勢から比較対象物が目標対象物に接触する目標の位置および姿勢になるまでの目標軌道に対応するように、精駆動機構７を駆動する指令信号を一旦求めて、記憶部(メモリ１０３)に記憶しても良い。また、目標軌道の内、現在の把持機構４の位置および姿勢に対応する現在の目標軌道を求め、現在の目標軌道になるように、逐次的に精駆動機構７を駆動する指令信号を求めるようにしても良い。

精駆動機構７を駆動する指令信号に対する補正は、上記の目標軌道の補正と同様にすることができる。具体的には、上記の記載で目標軌道を指令信号に読み替えることで実現できる。

次に、図４０は、本実施の形態の精軌道演算部９の動作を説明するフローチャートである。

まず、ステップ９Ｂａは、目標値精軌道演算処理９Ｂａを実行する。ステップ９Ｂａは、把持機構４が現在の位置および姿勢から比較対象物が目標対象物に接触する目標の位置および姿勢になるまでの把持機構４の位置および姿勢である目標軌道を演算する。演算した結果は、記憶部(メモリ１０３)にて記憶する。

次に、ステップ９Ｂｂは、現在値精軌道演算処理９Ｂｂを実行する。ステップ９Ｂｂは、精駆動機構７の各関節信号である精駆動センサ信号９００１の現在値を入力として、把持機構６が把持している分割鏡３の現在の位置と姿勢を求める。

次に、ステップ９Ｂｃは、精駆動指令信号演算処理９Ｂｃを実行する。

次に、ステップ９Ｂｄは、最終目標到達判定９Ｂｄを行う。ステップ９Ｂｄは、把持機構６が、上記目標軌道の最終目標の位置および姿勢に到達したか否かを判定する。ステップ９Ｂｄは、把持機構６の位置および姿勢が、最終目標の位置および姿勢に到達した場合は、精軌道演算部９の処理を終了する。ステップ９Ｂｄは、把持機構６の位置および姿勢が、最終目標の位置および姿勢に到達していない場合は、ステップ９Ｂｅに進む。ここで、最終目標の位置および姿勢は、比較対象物が目標対象物に接触して、比較対象物が最終目標とする位置姿勢となる精駆動機構７の位置および姿勢と考えても良い。例えば、分割鏡３を取外すために分割鏡３をつかむ場合には、把持機構６の把持機構爪部６０２が、分割鏡３をバランスよく把持して、リフト機構４から分割鏡３の荷重が全て把持機構６に移った精駆動機構７の位置および姿勢が、最終目標の位置および姿勢である。また、分割鏡３を取付ける場合には、分割鏡３のリフト挿入部３０２にリフト機構４挿入されて把持機構６にかかっていた分割鏡３の荷重が全てリフト機構４に移った位置になる精駆動機構７の位置および姿勢が、最終目標の位置および姿勢である。

ステップ９Ｂｅは、相対位置・姿勢検出可能判定９Ｂｅを行う。ステップ９Ｂｅは、第１の検出部からの信号をもとに第１の検出部が、比較対象物と目標対象物を識別して、相対位置および相対姿勢を計測できるかを判定する。判定結果が検出可能であれば、ステップ９Ｂａ(目標値精軌道演算処理９Ｂａ)へ進み、判定結果が検出不可であれば、ステップ９Ｂｂ(現在値精軌道演算処理９Ｂｂ)へ進む。つまり、第１の検出部が計測可能であれば、目標値精軌道演算処理９Ｂａで第１の検出部の計測結果に基づき目標軌道の補正量を求め、第１の検出部が計測不可であれば、現在値精軌道演算処理９Ｂｂで現在の精駆動機構７の位置および姿勢を求め、これに対応する目標軌道に対して、第２の検出部で求めたたわみに基づき補正量を求めて指令信号の補正量を求め、補正する。

図１１から１５は、この発明の実施の形態１による鏡交換装置の、分割主鏡３３の外周領域での分割鏡３をリフト機構４へ取付ける動作フローの一例を説明するための図である。分割主鏡３３の外周領域での分割鏡３をリフト機構４へ取付け、取外す場合に、精駆動機構のたわみによって、最初に想定した精駆動機構の位置からずれることがある。ここでは、たわみによるずれがあっても精度よく取付け、取外しができる構成について、説明する。なお、上記では、分割主鏡３３の外周領域での分割鏡３と説明したが、中央付近すなわち中心領域での分割鏡３でも精駆動機構たわみが起きることが考えられる。このため、上記の中心領域での分割鏡３の交換にも以下の説明を適用できる。

図１１の初期位置において、上述の分割主鏡３３の中心領域の場合と同様にして、粗軌道演算部８は粗駆動機構５から出力される粗駆動センサ信号８００１を取込み、予め記録されているメンテナンスする分割鏡３の位置との差分から粗駆動指令信号８００２を出力して、粗駆動機構５を目標のメンテナンスする分割鏡３の位置まで移動させる。この時、粗駆動機構５が長大である場合、位置制御精度には限界があり誤差が残る。更に、外周領域では分割鏡３は垂直軸が鉛直方向から傾いた状態で設置されているため、把持機構６も鉛直方向から傾いた姿勢となる。傾きは外周側程、大きい。ここで、重心位置のオフセットで発生する荷重が、粗駆動機構ベース５０３にたわみを発生させてしまう。図１１は粗軌道演算部８だけで制御して粗駆動機構５を移動させた際の把持機構６に傾きが生じ、誤差がある場合を想定した図を示している。例えば、第１の検出部である相対位置・姿勢センサが高速撮像処理センサである場合について、以下に説明する。なお、本フローは図４０に示すとおりである。

図１２において、リフト挿入部相対センサ１１２がリフト挿入部３０２とリフト機構４の相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測したリフト挿入部相対センサ信号９００５が精軌道演算部９に入力される。また、把持機構６が把持している分割鏡３の位置と姿勢を同定する精駆動機構７の各関節信号である精駆動センサ信号９００１が精軌道演算部９に入力される。これら、精駆動センサ信号９００１及びリフト挿入部相対センサ信号９００５から相対位置と相対姿勢を補正するように精駆動指令信号９００２が精軌道演算部９から精駆動機構７に出力される。

次に、上記の動作を図４０の精軌道演算部９のフローチャートを用いて説明する。ステップ９Ｂeの相対位置・姿勢検出判定９Ｂeは、第１の検出部からの信号をもとに第１の検出部が、比較対象物と目標対象物を識別して、相対位置および相対姿勢を計測できるかを判定する。具体的には、リフト挿入部相対センサ１１２が、リフト機構４の先端位置とリフト挿入部相対センサ１１２自身との相対的な位置および姿勢を制御周期ごとに計測できるか否かを判断する。ここで制御周期とは、精駆動機構７を制御する信号を出力する周期であり、例えば０．１秒である。制御周期内に計測できるかを判断するのは、制御周期内に計測できなければ、制御周期内の処理ができないため、実質的に計測できないことになるからである。制御周期内に処理ができない場合は、検出不可能でＮＯとなり、ステップ９Ｂｂに進む。他方、御周期内に処理ができる場合は、検出可能な場合と検出不可能な場合がある。検出可能な場合は、リフト挿入部相対センサ１１２が、リフト機構４の先端位置を補足できる場合で、検出不可能な場合は、補足できない場合であり、例えば、デジタルカメラで処理する場合、映像に対象物が写らない場合や、写ってもぶれて位置、姿勢を判別できない場合などがある。

リフト挿入部相対センサ１１２が検出可能な場合は、ＹＥＳとなり、ステップ９Ｂａへと処理が進み、検出不可能な場合は、ＮＯとなり、ステップ９Ｂｂに進む。以下、まずＹＥＳの場合について説明する。

ステップ９Ｂａは、目標値精軌道演算処理９Ｂａを行う。ステップ９Ｂａは、把持機構４が現在の位置および姿勢から比較対象物が目標対象物に接触する目標の位置および姿勢になるまでの把持機構４の位置および姿勢である目標軌道を演算する。演算した結果は、記憶部(メモリ１０３)にて記憶する。

次に、ステップ９Ｂｂは、現在値精軌道演算処理９Ｂｂを実行する。ステップ９Ｂｂは、精駆動機構センサ信号９００１に基づいて、把持機構６が把持している分割鏡３の現在の位置と姿勢を求める。この際、たわみ計測器１１０の計測結果は、ゼロリセットされても良い。

次に、ステップ９Ｂｃは、精駆動指令信号演算処理９Ｂｃを実行する。ステップ９Ｂｃは、現在の位置および姿勢に対応する目標軌道中の位置および姿勢を求め、求めた精駆動機構７の位置および姿勢と目標対象物であるリフト機構４の位置および姿勢との相対的な位置および姿勢の差を求める。求めた相対的な位置および姿勢の差とリフト挿入部相対センサ１１２からの位置および姿勢との差分が補正すべき補正量となる。目標軌道に対してあらかじめ求めた指令信号に対して、補正量を補正した指令信号を精駆動指令信号９００２として精駆動機構７へ出力する。

ステップ９ＢｅでＮＯとなる場合には、この判定結果から、目標値精軌道演算処理９Ｂaは実行されず、ステップ９Ｂｂにて現在値精軌道演算処理９Ｂbが実行される。
次に、ステップ９Ｂｃは、精駆動指令信号演算処理９Ｂｃを実行する。ステップ９Ｂｃは、現在の位置および姿勢に対応する目標軌道中の位置および姿勢を求め、求めた精駆動機構７の位置および姿勢と目標対象物であるリフト機構４の位置および姿勢との相対的な位置および姿勢の差を求める。求めた相対的な位置および姿勢の差と第２の検出部で検出されたたわみとを統合したものが補正すべき補正量となる。目標軌道に対してあらかじめ求めた指令信号に対して、補正量を補正した指令信号を精駆動指令信号９００２として精駆動機構７へ出力する。

上記は、ステップ９Ｂｃで現在の位置および姿勢を推定したが、ステップ９Ｂｂにて行い、ステップ９Ｂｃにて、推定した現在の位置および姿勢と目標軌道中の対応する位置および姿勢との差を補正量としても良い。この場合、ステップ９ＢｅでＹＥＳとなる場合には、ステップ９Ｂｂは、第１の検出部の検出結果の相対的な位置および姿勢と精駆動機構センサ信号９００１から現在の精駆動機構７の位置および姿勢を求める。ステップ９ＢｅでＮＯとなる場合には、ステップ９Ｂｂは、たわみ計測器１１０の計測結果と精駆動機構センサ信号９００１から現在値精軌道演算処理９Ｂbを実行する。次に、ステップ９Ｂｃは、目標値と現在値の差分から精駆動機構７へ精駆動指令信号９００２が出力される。

以上により、リフト挿入部相対センサ１１２が、リフト機構４を幾何学的に測定範囲に収めている場合でも、リフト挿入部相対センサ１１２の取り付け部の振動で撮像が不鮮明、あるいは、照明条件で必要な精度が得られない場合等において、たわみが発生しても、高精度に精駆動機構７を制御することができる。

図１３に示すように、分割鏡３をリフト機構４の方向に下降させていくと、重心位置のオフセットが下降に伴い変化するため粗駆動機構ベース５０３のたわみが変化する。この時、把持機構６が把持した分割鏡３とリフト機構４の相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測していたリフト挿入部相対センサ１１２は、リフト機構４の先端とリフト挿入部３０２を同時に視野に収めることで相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測する。このため、分割鏡３がリフト機構４に挿入され始めると、リフト挿入部相対センサ１１２から出力されるリフト挿入部相対センサ信号９００５はフィードバック信号として利用できない。

特に、分割主鏡３３の外周領域においては粗駆動機構ベース５０３にたわみが発生するため、これを計測して補正する必要がある。このたわみを計測するたわみ計測器１１０が粗駆動機構ベース５０３に取付けられている。計測したたわみ計測センサ信号９００３が精軌道演算部９に入力される。これにより、変化するたわみから精軌道演算部９で精駆動指令信号９００２が演算され精駆動機構７が高精度に制御され分割鏡３をリフト機構４に少ない反力で取付けが可能である。

その後、精駆動指令信号９００２により精駆動機構７を駆動させて、分割鏡３をリフト機構４の方向に下降させて、分割鏡３のリフト挿入部３０２にリフト機構４の先端が挿入されるようにして、図１４に示すように分割鏡３の荷重をリフト機構４に移し、分割鏡３がリフト機構４に取付けられる。この際にも、粗駆動機構ベース５０３のたわみが変化するが、たわみ計測センサ信号９００３がフィードバック信号として作用することで、把持爪部６０２と鏡把持部３０１は平行に保たれる。

最後に、図１５に示すように図３８に示す把持制御部６０からの把持爪駆動指令信号９００７により把持回転開閉機構６０１が駆動して把持爪部６０２が開き、その後、リフト制御部４０からのリフト駆動指令信号９００８によりリフト機構４が下降することで分割鏡３は設定位置にセットされる。

上記において、第１の検出部である相対位置・姿勢センサ(１１１，１１２)が、精駆動機構７の停止時にしか計測できないカメラと、このカメラで撮影した画像データを処理する処理部で構成される計測器である場合、図４０の取付けのフローチャートにおいて、ステップ９Ｂｅは、最初の初期状態だけでＹＥＳとなりステップ９Ｂａへ進み、その後は、ステップ９Ｂｂへ進むこととなる。

図１６から１８は、この発明の実施の形態１による鏡交換装置の、分割主鏡３３の外周領域での分割鏡３をリフト機構４から取外す動作フローの一例を説明するための図である。また、精軌道演算部９の構成は、図４３と同じであり、その処理フローチャートは図４０と同じである。

図１６の初期位置において、粗軌道演算部８は粗駆動機構５から出力される粗駆動センサ信号８００１を取込み、予め記録されているメンテナンスする分割鏡３の位置との差分から粗駆動指令信号８００２を出力して、粗駆動機構５を目標のメンテナンスする鏡の位置まで移動させる。また、リフト制御部４０からのリフト駆動指令信号９００８により、リフト機構４が分割鏡３を所定の位置まで上昇させる。この時、粗駆動機構５が長大である場合、位置制御精度には限界があり誤差が残る。更に、外周領域では分割鏡３は垂直軸が鉛直方向から傾いた状態で設置されているため、把持機構６も垂直軸が鉛直方向から傾いた姿勢となる。ここで、重心位置のオフセットで発生する荷重が、粗駆動機構ベース５０３にたわみを発生させてしまう。図１６にはこれらの誤差の重畳を想定した図を示している。例えば、第１の検出部である相対位置・姿勢センサ(１１１，１１２)が、高速撮像処理センサである場合について、以下に説明する。

把持制御部６０からの把持爪駆動指令信号９００７により、把持回転開閉機構６０１が駆動して把持爪部６０２が閉じるとともに、把持爪鏡把持部相対センサ１１１が分割鏡３と把持機構６の相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測した把持爪鏡把持部相対センサ信号９００４が精軌道演算部９に入力される。また、把持機構６の手先である把持爪部６０２の位置と姿勢を同定する精駆動機構７の各関節信号である精駆動センサ信号９００１が精軌道演算部９に入力される。これら、精駆動センサ信号９００１、及び、把持爪鏡把持部相対センサ信号９００４から相対的な位置誤差と姿勢誤差を補正するように精駆動指令信号９００２が精軌道演算部９から精駆動機構７に出力される。この結果、把持爪部６０２と鏡把持部３０１は平行に対向した状態である図１７の状態となる。

次に、上記取外す場合の処理フローは、図４０のフローチャートで表される。基本的には図４０のフローチャートの取付け時の説明と同じである。以下、異なるところを説明する。取付け時は、リフト挿入部相対センサ１１２が、リフト機構４の先端位置とリフト挿入部相対センサ１１２自身との相対的な位置および姿勢を計測できるか否かを判断したが、取外し時は、把持爪鏡把持部相対センサ１１１が、交換対象の分割鏡３の鏡把持部３０１との相対的な位置と姿勢を計測できるか否かを判断する。その他、取付け時のリフト挿入部相対センサ１１２を把持爪鏡把持部相対センサ１１１に、リフト機構４の先端位置を交換対象の分割鏡３の鏡把持部３０１に読み替える。

次に、精軌道演算部９からの精駆動指令信号９００２により精駆動機構７を駆動させて、把持機構６をリフト機構４の上方へ上昇させて図１８のように分割鏡３をリフト機構４から取外す。この途中段階で分割鏡３の荷重はリフト機構４から把持機構６に移るため、粗駆動機構ベース５０３のたわみは分割鏡３の荷重移動、及び、把持機構６の位置と姿勢により変化する。

把持機構６が把持した分割鏡３とリフト機構４の相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測するリフト挿入部相対センサ１１２は、リフト機構４の先端とリフト挿入部３０２を同時に視野に収めることで相対的な位置誤差と姿勢誤差を計測する。このため、分割鏡３がリフト機構４に挿入された状態ではリフト挿入部相対センサ１１２から出力されるリフト挿入部相対センサ信号９００５はフィードバック信号として利用できない。

特に、分割主鏡３３の外周領域においては粗駆動機構ベース５０３にたわみが発生するため、これを計測して補正する必要がある。このたわみを計測するたわみ計測器１１０が粗駆動機構ベース５０３に取付けられている。計測したたわみ計測センサ信号９００３が精軌道演算部９に入力される。これにより、変化するたわみから精軌道演算部９で精駆動指令信号９００２が演算され精駆動機構７が高精度に制御され分割鏡３をリフト機構４から少ない反力で取外しが可能である。

以上のような構成によれば、分割鏡の位置、姿勢を正確に把握して分割鏡の分割鏡式望遠鏡本体への取付け、取外しを行うことで、分割鏡の高精度な位置決めを自動で実現できる。
また、各駆動軸をホールド制御、または、ブレーキ作動、または、自動締り動作を適用することで、地震が発生した場合にも分割鏡の揺れを軽減させることができる。
更に、大型構造物の場合、駆動レンジの長大化、及び、構造物のたわみが制御精度を劣化させることになるが、この発明による構成による、精駆動機構による補正、及び、たわみを検出し補正することで高精度な位置決めを自動で実現できる。

ここで上述の各駆動軸をホールド制御、または、ブレーキ作動、または、自動締り動作について説明する。
ホールド制御は、図３８に示す粗駆動制御部８０が粗駆動ホールド制御部８ａ、精駆動制御部９０が精駆動ホールド制御部９ａをそれぞれ有し、粗駆動機構５、精駆動機構７のそれぞれの可動部が指令信号で指定された位置または位置および姿勢になるとその位置または位置および姿勢に可動部を維持するよう制御を行う。
ブレーキ作動は、例えば図３８の鏡交換制御部１００の出力側の粗駆動機構５、精駆動機構７に概念的に示すように、粗駆動機構５、精駆動機構７がそれぞれの可動部に関し、指令信号で指定された位置または位置および姿勢に移動している以外の時に可動部にブレーキを掛けて固定しておく粗駆動ブレーキ機構５ａ、精駆動ブレーキ機構７ａを備える。
自動締り作動は、例えば図３８の鏡交換制御部１００の出力側の粗駆動機構５、精駆動機構７に概念的に示すように、粗駆動機構５、精駆動機構７がそれぞれの可動部に関し、外力では動かないようにしてそれぞれの可動部を指令信号で指定された位置または位置および姿勢に維持する粗駆動自動締り機構５ｂ、精駆動自動締り機構７ｂを備える。

実施の形態２．
図１９はこの発明の実施の形態２による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。図１９では、実施の形態１では粗駆動機構ベース５０３に取付けられていたたわみ計測器１１０を把持機構ベース６００に取付けた。
このような構成によれば、実施の形態１の効果に加えて、粗駆動機構５のたわみだけでなく、精駆動機構７のたわみが発生した場合にも、高精度な位置決めを自動で実現できる。

実施の形態３．
図２０はこの発明の実施の形態３による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。上記各実施の形態では精駆動機構７をシリアルリンク機構のものを使用していたが、図２０ではパラレルリンク機構の精駆動機構７とした。このパラレルリンク機構の精駆動機構７は例えば、伸縮可能な２本以上のアームが、それぞれ上側の粗駆動機構ベース５００と下側の把持機構ベース６００の間で５つの回転自由度を有した６自由度駆動可能なパラレルリンク機構である。
このような構成によれば、上記実施の形態の効果に加えて、精駆動機構７の剛性が高くなるため、たわみの発生を抑制することができる。

実施の形態４．
図２１はこの発明の実施の形態４による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。上記各実施の形態では把持機構６の把持爪部６０２の開閉機構を回転動作を行う把持回転開閉機構６０１としているが、図２１では、水平動作である把持水平開閉機構６０３とした。より詳細には、分割鏡３の鏡把持部３０１の面に平行にスライドして開閉する把持直線移動開閉機構である。
このような構成によれば、上記実施の形態の効果に加えて、把持爪鏡把持部相対センサ１１１が、図９及び図１７のプロセスにおいて、鏡把持部３０１の計測を常に行うことができる。

実施の形態５．
図２２はこの発明の実施の形態５による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。図２２の構成では、把持機構６の各把持爪部６０２の先端にそれぞれ、分割鏡３を挟み込む把持ホールド機構６０４を新たに設け、また分割鏡３の鏡把持部３０１に把持ホールド機構６０４にホールドされる把持突起３０４を設けた。
このような構成によれば、上記実施の形態の効果に加えて、これまで重力で把持爪部６０２に接触していた分割鏡３が、確実に把持することができ、特に地震発生の際に１Ｇ(重力加速度)以上の振動が印加された場合にも、分割鏡３が把持爪部６０２から離間することがなく安全である。

実施の形態６．
図２３はこの発明の実施の形態６による鏡交換装置を備えた分割鏡式望遠鏡の全体構成を示し、(ａ)が上面図、(ｂ)が(ａ)の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図２３では分割主鏡３３の中心に反射鏡３０がある場合のハーフ粗直線駆動機構５０４を設けた構成である。
図２の粗直線駆動機構５０１が粗円周駆動機構５００すなわち分割主鏡３３の直径の長さを有していたのに対し、ハーフ粗直線駆動機構５０４は粗円周駆動機構５００すなわち分割主鏡３３の略半径の長さを有し、粗円周駆動機構５００は、ハーフ粗直線駆動機構５０４を、図２３の(ａ)の２本の一点鎖線の交点に当たる、分割主鏡３３の中心の鉛直軸回りに回転させる。
このような構成によれば、上記実施の形態の効果に加えて、分割主鏡３３の中心に反射鏡３０がある場合にも全ての分割鏡３の交換が可能である。
なお、図２３でハーフ粗直線駆動機構５０４が分割鏡式望遠鏡本体２と同じ曲率になっている構成の場合、ロボットすなわち粗駆動機構５、精駆動機構７、把持機構６の駆動レンジを小さくできる。

実施の形態７．
図２４はこの発明の実施の形態７による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。図２４では、例えば上記実施の形態５の構成において、精駆動機構７と把持機構ベース６００の結合部分に６軸力センサ１１３を設けた。
このような構成によれば、上記実施の形態の効果に加えて、６軸力センサ１１３からの６軸力センサ信号９００６を鏡交換制御部１００の粗軌道演算部８、精軌道演算部９等に入力することで、分割鏡３の取付け、取外し時の荷重をモニタすることができるため、不要な荷重を分割鏡３に印加することなく作業を実施できる。例えば６軸力センサ１１３に図示を省略したモニタを接続すれば、顕著な荷重がかかった時には緊急事態として人が停止させることもできる。

実施の形態８．
図２５はこの発明の実施の形態８による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。図２５では、例えば上記実施の形態７の構成において、たわみ計測器１１０、把持爪鏡把持部相対センサ１１１、及び、リフト挿入部相対センサ１１２を省いた構成である。分割鏡３のリフト挿入部３０２の内部形状は、図２５において点線で示すように、リフト機構４の先端が挿入できるように円筒形状である。分割鏡３とリフト機構４の相対的な位置誤差を６軸力センサ１１３の６軸力センサ信号９００６から補正するために、リフト挿入部３０２の下端にリフト接触テーパ部３０３を設けており、この内部形状は図２５において点線で示すように、テーパ形状である。すなわちリフト接触テーパ部３０３の少なくとも内側形状は円錐形になっている。

図４４は、本実施の形態による精軌道演算部９の構成の例を示すである。精軌道演算部９は、鏡交換制御部１００の一部分であり、精駆動指令信号演算処理部９Ｂを有する。精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、メモリ１０３、第１の検出部、精駆動機構７からの精駆動センサ信号９００１、および６軸力センサ１１３からの信号９００６から、精駆動機構７の指令信号を計算し、精駆動機構７へ精駆動指令信号９００２を出力する。

図４１は、本実施の形態の精軌道演算部９の処理の流れを示すフローチャートの例である。図において、まず、精駆動機構が動作を開始する初期状態においては、ステップ９Ｂａが実行される。ステップ９Ｂａは、目標値精軌道演算処理９Ｂａを実行する。次に、ステップ９Ｂｂに進み、現在値精軌道演算処理９Ｂｂが実行される。次に、ステップ９Ｂｃに進み精駆動指令信号演算処理９Ｂｃが実行される。次に、ステップ９Ｂｄに進み、精駆動機構７が目標値に到達した否かを判定する目標値到達判定９Ｂｄが実行される。判定結果が目標値に到達となれば、本処理は終了し、目標値に到達していなければ、ステップ９Ｂｂへ戻り、処理を繰り返す。

具体的には、ステップ９Ｂａは、精軌道演算部９が、メモリ１０３に記憶され事前にプログラミングされた目標となる位置と姿勢を読み出し、この目標となる位置と姿勢から目標軌道を計算する。ステップ９Ｂｂは、精軌道演算部９が、精駆動センサ信号９００１から現在の精駆動機構７の位置および姿勢(現在値精軌道)を計算する。この値は構造のたわみを含んでいないため、慣性空間的には正確な値ではないが、このたわみ分の誤差によって分割鏡３とリフト機構４が接触すると、６軸力センサ１１３で検知される。ステップ９Ｂｃは、精軌道演算部９が、６軸力センサ１１３で検知された力が小さくなるように、精駆動機構７の指令信号を計算し、精駆動指令信号９００２として出力する。これによって、高精度な位置決めが実現できる。

図２６から２９は、この発明の実施の形態８による鏡交換装置の、分割主鏡３３の外周領域での分割鏡３をリフト機構４へ取付ける動作を説明するための図である。

例えば図２６に示すように分割鏡３とリフト機構４に相対的な位置誤差がある場合に、そのまま分割鏡３を下方向に動作させると図２７に示すようにリフト接触テーパ部３０３にリフト機構４が接触する。この時、６軸力センサ１１３がリフト機構４から受けた力を計測し、その出力である６軸力センサ信号９００６が精軌道演算部９に入力される。精軌道演算部９では、この検出された６軸力センサ信号９００６が小さくなるように軌道補正演算をして精駆動指令信号９００２が精駆動機構７に出力される。この結果、図２８に示すように、相対的な位置誤差が補正される。

次に、分割鏡３とリフト機構４に相対的な姿勢誤差がある場合、分割鏡３を更に下降させるとリフト機構４の先端部とリフト挿入部３０２の円筒部内壁が接触する。ここで発生する６軸力センサ１１３の出力である６軸力センサ信号９００６が精軌道演算部９に入力される。精軌道演算部９では、この検出された６軸力センサ信号が小さくなるように軌道補正演算をして精駆動指令信号９００２が精駆動機構７に出力される。この結果、図２９に示すように、相対的な姿勢誤差が補正され、分割鏡３の荷重が把持機構６からリフト機構４に移る。図２６から図２９に示した動作において、実施の形態１に記載したように、把持機構６の重心位置のオフセットに起因する荷重変化、及び、分割鏡３の荷重のリフト機構４への遷移に伴い、粗駆動機構ベース５０３、または、精駆動機構７に発生するたわみが変化するが、６軸力センサ１１３の出力である６軸力センサ信号９００６によるフィードバック制御が動作中連続的に実施されるため、このたわみ変化の影響も位置誤差、及び、姿勢誤差として補正されている。
すなわち図２６から２９の動作の中で、把持機構６の姿勢がリフト機構４と徐々に直交するように制御される。

図３０から３２は、この発明の実施の形態８による鏡交換装置の、分割主鏡３３の外周領域での分割鏡３をリフト機構４から取外す動作を説明するための図である。

例えば図３０に示すように把持爪部６０２と、リフト機構４に取り付けられた分割鏡３に相対的な姿勢誤差がある場合に、そのまま把持爪部６０２を上方向に動作させると１つの把持爪部６０２が鏡把持部３０１と接触する。この時、６軸力センサ１１３が鏡把持部３０１から受けた力を計測し、その出力である６軸力センサ信号９００６が精軌道演算部９に入力される。精軌道演算部９では、この検出された６軸力センサ信号が小さくなるように軌道補正演算をして精駆動指令信号９００２が精駆動機構７に出力される。この結果、図３１に示すように、把持爪部６０２と分割鏡３との相対的な姿勢誤差が補正され、全ての把持爪部６０２と鏡把持部３０１の把持突起３０４が均等に荷重を受ける。

次に、把持爪部６０２をリフト機構４の鉛直上向きに上昇させ、バランス良く分割鏡３の荷重をリフト機構４から把持爪部６０２に移す。この結果、図３２に示すように、分割鏡３がリフト機構４から取り外される。図３０から図３２の動作において、実施の形態１に記載したように、把持機構６の重心位置のオフセットに起因するモーメント変化、及び、分割鏡３の荷重のリフト機構４から把持爪部６０２への遷移に伴い、粗駆動機構ベース５０３、または、精駆動機構７に発生するたわみが変化するが、６軸力センサ１１３の出力である６軸力センサ信号９００６によるフィードバック制御が動作中連続的に実施されるため、このたわみ変化の影響も位置誤差、及び、姿勢誤差として補正されている。
すなわち図３０から３２の動作の中で、把持機構６の姿勢がリフト機構４と徐々に直交するように制御される。

このような構成によれば、実施の形態７の効果に加えて、構成センサの数を減らずことができるとともに、外部環境に影響されやすい相対センサを利用することなく、高精度な位置決めを自動で実現できる。更に、リフト機構４、主鏡構造２、粗駆動機構５、精駆動機構７等の剛性の影響で分割鏡３の荷重が遷移することで弾性変形が発生した場合にも、この影響が６軸力センサ１１３で検知されるため、上述の弾性変形の影響も補正することができる。

実施の形態９．
図３３から３６はこの発明の実施の形態９による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置における分割鏡とリフト機構の相対的な姿勢誤差の補正を説明するための図である。図３４ではリフト機構４の形状を単純な円柱ではなく、力制御が容易になるように工夫したものである。分割鏡３のリフト挿入部３０２をリフト機構４の先端に嵌め易くするには、リフト機構４の先端とリフト挿入部３０２の内壁の隙間すなわちクリアランスを大きくすることが必要である。特に分割主鏡３３の外周領域の分割鏡３の場合、リフト機構４の軸方向が鉛直方向にないため、クリアランスを設けることは重要である。リフト機構４が単純な円柱である場合、クリアランスを大きくすることはできない。

クリアランスが少ない場合、図３３に示すように、分割鏡３とリフト機構４に相対的な姿勢誤差がある場合、黒丸で示す２つの点て接触することになる。この場合、各点の接触状況により６軸力センサ１１３で検出される力やモーメントの符号が容易に反転してしまう。そのために、相対姿勢の誤差を補正する際には、特に精駆動機構７において、各可動部の回転軸ごとに時計周り、及び、反時計周りに回して６軸力センサ１１３の出力が小さくなる方向を毎回探索する作業が必要となる。従って、取付けにかかる時間が増加してしまう。

図３４に示すこの発明によるリフト機構４の場合、リフト機構細円柱部４０１、リフト機構太円柱部４０３、及び、リフト機構テーパ部４０２から構成されている。このリフト機構４の場合、図３５に示すようにリフト機構細円柱部４０１ではクリアランスが大きいために、分割鏡３とリフト機構４に相対的な姿勢誤差がある場合にも、１つの点３００１で接触している状況で姿勢誤差補正を実施する。この際、精軌道演算部９は接触点３００１に一定荷重３００２が掛かるように押し当て制御を実施しながら姿勢誤差補正を実施する。分割鏡３の鉛直方向の反力３００３の向きが反転した時点で姿勢誤差が補正できたことになる。姿勢誤差が補正できた後には、図３６のように、更にリフト機構４の軸方向に分割鏡３を押し込むことで、分割鏡３とリフト機構４に残っている相対的な姿勢誤差を補正する。
なお、６軸力センサ１１３の検出信号で、たわみ計測器１１０、把持爪鏡把持部相対センサ１１１、及び、リフト挿入部相対センサ１１２の検出信号を代替させる操作は、上記実施の形態８と同様にして行われる。

このような構成によれば、上記実施の形態の効果に加えて、時間がかかる姿勢誤差の補正作業を効率的に実施する効果が得られる。

実施の形態１０．
図３７はこの発明の実施の形態１０による分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置の構成を示す図である。図３７では、実施の形態９等で姿勢誤差を補正した場合に発生する力変化を、重力検知センサ１１３ａ及び、予め計測したロボット自身の重量と重心位置、鏡の荷重と重心位置、ロボットと鏡の相対位置等のモデルから計算して求めて補正する、力補正部９ｂを図３８の鏡交換制御部１００に設けた。例えば予め計測したモデルはメモリ１０３に格納しておき、実施した姿勢誤差の補正に従って、重力検知センサ１１３ａの出力とモデルに基づき力変化を計算し、補正を行う。

図４５は、本実施の形態の力補正図９ｈと精軌道演算部９との構成例を示す。力補正部９ｂは、力変化計算部９ｂＢを有す。力変化計算部９ｂＢは、メモリ、精駆動機構７、および重力検知センサ１１３ａと接続され、これらの情報から、力変化を計算する。精軌道演算部９は、精駆動指令信号演算処理部９Ｂを有す。精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、実施の形態８と同様のメモリ１０３、第１の検出部、精駆動機構７からの精駆動センサ信号９００１、および６軸力センサ１１３からの信号９００６に加えて、力変化計算部９ｂＢで計算した力変化も入力として、精駆動機構７の指令信号を計算し、精駆動機構７へ精駆動指令信号９００２を出力する。ここで、重力検知センサ１１３ａに代えて、たわみ計測器１１０により構成しても良い。
このような構成によれば、姿勢誤差を補正した場合に発生してしまう力を補正することができるため、より高精度な位置決めを実現できる。

実施の形態１１．
なお、上記各実施の形態では、粗駆動機構５、精駆動機構７のたわみを考慮していたが、同様な課題は分割鏡式望遠鏡１ａの分割鏡式望遠鏡本体２にもある。この実施の形態では、図３８に概念的に示すように、分割鏡式望遠鏡本体２にも、分割鏡式望遠鏡本体２のたわみを検出する第４の検出部を構成する分割鏡側たわみ計測器１１０ａを取付ける。これにより、精軌道演算部９は、分割鏡３をリフト機構４に取付ける際、リフト機構４から取外す際、および垂直軸が鉛直方向に対して傾いている分割鏡３の交換の際等の、設定された状況において、さらに分割鏡側たわみ計測器１１０ａからの検出信号に従って指令信号を精駆動機構７に出力する。これによりさらに分割鏡の高精度な位置決めが可能になる。

実施の形態１２．
また、上記各実施の形態では、粗駆動機構５が粗駆動ブレーキ機構５ａおよび粗駆動自動締り機構５ｂ、精駆動機構７が精駆動ブレーキ機構７ａおよび精駆動自動締り機構７ｂを備え得る。この実施の形態では、図３８に概念的に示すように、把持機構６にも把持機構ブレーキ機構６ａおよび把持機構自動締り機構６ｂを設けた。
把持機構ブレーキ機構６ａは、把持機構６の可動部が指令信号に従って稼動している以外の時に、可動部にブレーキを掛けて固定しておく。また把持機構自動締り機構６ｂは、把持機構６の可動部が指令信号に従って稼動している以外の時に、外力では動かないようにして可動部を指令信号で指定された状態に維持する。これにより、地震が発生した場合にも分割鏡の揺れを軽減させることができる。

実施の形態１３．
本実施の形態は、第１の検出部(１１１，１１２)、第２の検出部(たわみ計測器１１０)、６軸力センサ１１３および重力検知センサ１１３ａを用いて精駆動機構７を高精度に制御して、分割鏡３の取付け、取外しを行う分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置について説明する。上記実施の形態で用いた各部の名称、符号は、特に記載しない限り、本実施の形態では同様のものであるとする。

図４６は、本実施の形態による相対位置・姿勢センサ(１１１，１１２)とたわみ計測器１１０と６軸力センサ１１３と重力検知センサ１１３ａを利用した鏡交換制御部１００、すなわち精軌道演算部９および力補正部９ｂのハードウェア構成を示す図である。図において、力補正部９ｂは、力の変化を計算する力変化計算部９ｂＢを有する。力変化計算部９ｂＢは、メモリ１０３、精駆動機構７の精駆動センサ信号９００１および重力検知センサ１１３ａからの情報を入力として、力の変化を計算する。精軌道演算部９は、第１の検出部が計測可能か判定する第１検出器計測判定部９Ａおよび精駆動指令信号を演算する精駆動指令信号演算処理部９Ｂを有する。第１検出器計測判定部９Ａは、第１の検出部(１１１，１１２)からの把持爪鏡把持部相対センサ信号９００４またはリフト挿入部相対センサ信号９００５を入力として、第１の検出部(１１１，１１２)が計測可能か否かを判定し、結果を精駆動指令信号演算処理部９Ｂへ出力する。精駆動指令信号演算処理部９Ｂは、メモリ１０３の情報、精駆動機構７の精駆動センサ信号９００１、第１の検出部の信号(９００５)、第２の検出部の信号９００３、６軸力センサ信号９００６、力変化計算部９ｂＢの計算結果および第１検出器計測判定部９Ａの判定結果を入力として、精駆動機構７の精駆動指令信号９００２を計算し、精駆動指令信号９００２へ出力する。

図４２は、本実施の形態の鏡交換制御部１００の処理の流れを示すフローチャートの例を示す。図において、ステップ９Ｂeは、実施の形態１の図４０のステップ９Ｂeと同様である。ただし、判定した結果が、計測可能(ＹＥＳ)であれば、ステップ９Ｂａへ進み、計測不可(ＮＯ)であれば、ステップ９Ｂｆへ進む。

ステップ９Ｂａは、実施の形態１の図４０のステップ９Ｂａと同様に、目標値精軌道演算処理９Ｂａが実行される。

ステップ９Ｂｆは、力検知判定９Ｂｆが行われる。力検知判定９Ｂｆは、力補正部９ｂの力変化計算部９ｂＢが、力の変化を計算し、力の変化量が閾値以上の場合には、ＹＥＳと判定され、閾値未満の場合には、ＮＯと判定される。ＹＥＳと判定された場合は、現在値精軌道演算処理９Ｂｂを行わずにステップ９Ｂｃへ処理を進め、ＮＯと判定された場合は、ステップ９Ｂｂへ進める。

ステップ９Ｂｂは、実施の形態１の図４０のステップ９Ｂｂと同様に、精駆動機構センサ信号９００１から現在値精軌道演算処理９Ｂｂが実行される。

次に、ステップ９Ｂｃは、実施の形態１の図４０のステップ９Ｂｃと同様の処理である。しかし、ステップ９Ｂｆから処理が移った場合、すなわち力検知判定９ＢｆがＹＥＳである場合には、精駆動機構センサ信号９００１に加えて、力補正部９ｂ出力信号と６軸力センサ信号９００６から精駆動指令信号演算処理９Ｂｃを実行する。ステップ９Ｂｃは、目標値と現在値の差分から精駆動指令信号演算処理９Ｂｃで求めた精駆動指令信号９００２を精駆動機構７へ出力して、ステップ９Ｂｄへ処理を進める。

次に、ステップ９Ｂｄは、実施の形態１の図４０のステップ９Ｂｄと同様に目標値到達判定９Ｂｄを実行する。判定結果が到達(ＹＥＳ)であれば処理を終了し、判定結果が到達していない(ＮＯ)であれば、ステップ９Ｂｅへ処理を進める。

上記で、第１検出器計測判定部９Ａが、相対位置・姿勢検出可能判定９Ｂｅを行って検出不可能(ＮＯ)と判断されるのは、(１)リフト挿入部相対センサ１１２がリフト機構４を幾何学的に測定範囲に収めている場合(２)把持爪鏡把持部相対センサ１１１が把持機構６を幾何学的に測定範囲に収めている場合(３)幾何学的に測定範囲に収めているがリフト挿入部相対センサ１１２、あるいは把持爪鏡把持部相対センサ１１１の取り付け部の振動で撮像が不鮮明または照明条件で必要な精度が得られない場合(４)測定範囲内に収めていない場合になされることになる。

上記の各実施の形態において、粗駆動機構５を備えず、精駆動機構７が保持部により保持される構造にも適用できる。

上記のような構成をとることによって、上記(１)から(４)等のような場合で、かつ精駆動機構７の位置および姿勢に、保持部、精駆動機構７自体、またはこの両方のたわみによる影響が発生する場合、または分割鏡３とリフト機構４が接触している場合においても高精度に精駆動機構７を制御することができる。特に本実施の形態は、上記たわみによる影響がある場合にも分割鏡３とリフト機構４が接触する場合にも同様に高精度に対応できる効果がある。

この発明は、複数の分割鏡が中心領域では前記分割鏡の垂直軸が鉛直方向となり外周領域では前記垂直軸が鉛直方向に対して内側に傾く姿勢でそれぞれに着脱可能に配置された分割主鏡を備えた分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置であって、粗駆動機構ベースを前記分割主鏡上で移動させる粗駆動機構と、前記分割鏡を開閉可能に上方から把持する把持機構と、下端に前記把持機構が固定され上端が前記粗駆動機構ベースに固定されて、前記把持機構の位置および姿勢を前記粗駆動機構より高精度に変える多軸駆動可能な精駆動機構と、前記分割主鏡側で交換する分割鏡を前記分割鏡の垂直軸方向に沿って上下させるリフト機構と、前記把持機構に把持された前記分割鏡と前記リフト機構との相対位置および相対姿勢を検出する第１の検出部と、前記リフト機構上の前記分割鏡と前記把持機構との相対位置および相対姿勢を検出する第２の検出部と、前記把持機構の鉛直方向に対する傾きによる前記粗駆動機構または前記粗駆動機構と前記精駆動機構のたわみを検出する第３の検出部と、前記粗駆動機構と前記把持機構と前記精駆動機構と前記リフト機構を駆動制御して前記分割鏡の交換を行う鏡交換制御部と、を備え、前記鏡交換制御部が、前記粗駆動機構からの前記粗駆動機構ベースの位置を示すフィードバック信号と予め記憶された交換する分割鏡の位置との差分に従って、前記粗駆動機構ベースを交換する前記分割鏡の位置まで移動させる指令信号を前記粗駆動機構に出力する粗軌道演算部と、前記分割鏡を前記リフト機構に取付ける際には、前記第１の検出部からの検出信号と前記精駆動機構からの前記把持機構に把持された前記分割鏡の位置および姿勢を示すフィードバック信号に従って、前記分割鏡と前記リフト機構との相対位置および相対姿勢を補正するように指令信号を前記精駆動機構に出力し、前記分割鏡を前記リフト機構から取外す際には、前記第２の検出部からの検出信号と前記精駆動機構からの前記把持機構の位置および姿勢を示す前記フィードバック信号に従って、前記リフト機構上の前記分割鏡と前記把持機構との相対位置および相対姿勢を補正するように指令信号を前記精駆動機構に出力し、前記垂直軸が鉛直方向に対して傾いている分割鏡の交換の際には取付けおよび取外しの際に、さらに前記第３の検出部からの検出信号に従って前記指令信号を前記精駆動機構に出力する精軌道演算部と、を含む、分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置等にある。
この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。

産業上の利用の可能性

この発明は、種々の分野の分割鏡式望遠鏡に適用可能である。

１ 鏡交換装置、１ａ 分割鏡式望遠鏡、２ 分割鏡式望遠鏡本体、３ 分割鏡、４ リフト機構、５ 粗駆動機構、５ａ 粗駆動ブレーキ機構、５ｂ 粗駆動自動締り機構、６ 把持機構、６ａ 把持機構ブレーキ機構、６ｂ 把持機構自動締り機構、７ 精駆動機構、７ａ 精駆動ブレーキ機構、７ｂ 精駆動自動締り機構、８ 粗軌道演算部、８ａ 粗駆動ホールド制御部、９ 精軌道演算部、９ａ 精駆動ホールド制御部、９ｂ 力補正部、３０ 反射鏡、３３ 分割主鏡、４０ リフト制御部、６０ 把持制御部、８０ 粗駆動制御部、９０ 精駆動制御部、１００ 鏡交換制御部、１００ａ プロセッサ、１０１ 入出力インタフェース、１０２ ＣＰＵ、１０３ メモリ、１１０ たわみ計測器、１１０ａ 分割鏡側たわみ計測器、１１１ 把持爪鏡把持部相対センサ、１１２ リフト挿入部相対センサ、１１３ ６軸力センサ、１１３ａ 重力検知センサ、３００ 鏡材部、３０１ 鏡把持部、３０２ リフト挿入部、３０３ リフト接触テーパ部、３０４ 把持突起、４０１ リフト機構細円柱部、４０２ リフト機構テーパ部、４０３ リフト機構太円柱部、５００ 粗円周駆動機構、５０１ 粗直線駆動機構、５０２ 粗回転駆動機構、５０３ 粗駆動機構ベース、５０４ ハーフ粗直線駆動機構、６００ 把持機構ベース、６０１ 把持回転開閉機構、６０２ 把持爪部、６０３ 把持水平開閉機構、６０４ 把持ホールド機構。

Claims (15)

1. 複数の分割鏡が着脱可能に配置された分割主鏡を備えた分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置であって、
   開閉可能な把持爪部によって前記分割鏡を上方から把持する把持機構と、
   下端に前記把持機構が固定されて前記把持機構の位置および姿勢を変える多軸駆動可能な精駆動機構と、
   前記精駆動機構を保持する保持部と、
   取外すおよび取付けた前記分割鏡をこの分割鏡の垂直軸方向に沿って上下させるリフト機構と、
   前記把持機構の前記把持爪部またはこの把持爪部に把持された前記分割鏡である比較対象物とこの比較対象物を接触させる目標対象物との間の相対位置および相対姿勢を検出する第１の検出部と、
   前記保持部のたわみ、または前記保持部のたわみを含む前記精駆動機構のたわみを検出する第２の検出部と、
   前記分割鏡を交換する上で、前記第１の検出部または前記第２の検出部からの検出信号に基づいて前記把持機構、前記精駆動機構および前記リフト機構を駆動制御する鏡交換制御部と、
   を備え、
   前記鏡交換制御部は、
   前記第１の検出部での計測の可否を判定する判定部を有し、
   前記判定部の判定結果が可の場合には、前記第１の検出部からの検出信号に基づいて、前記判定部での判定の結果が否である場合には、前記第２の検出部からの検出信号に基づいて駆動制御する分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
2. 前記比較対象物は、前記把持機構が前記分割鏡を把持していない場合には前記把持爪部であり、前記把持機構が前記分割鏡を把持している場合には前記分割鏡であり、
   前記目標対象物は、前記把持機構が前記分割鏡を把持していない場合には前記分割鏡であり、前記把持機構が前記分割鏡を把持している場合には前記リフト機構である、
   請求項１に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
3. 前記比較対象物は、前記分割鏡を取外す場合には前記把持爪部であり、前記分割鏡を取付ける場合には前記分割鏡であり、
   前記目標対象物は、前記分割鏡を取外す場合には前記分割鏡であり、前記分割鏡を取付ける場合には前記リフト機構である、
   請求項１に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
4. 前記鏡交換制御部は、
   前記把持機構が現在の位置および姿勢から最終目標の位置および姿勢になるまでの前記把持機構の位置および姿勢である目標軌道を演算して、前記目標軌道を記憶部に記憶し、
   前記判定部の判定結果が可の場合には、前記第１の検出部の検出信号に基づいて前記記憶部に記憶された前記目標軌道を補正する補正量を求め、前記補正量で補正した新たな目標軌道に前記記憶部の前記目標軌道を変更し、
   前記判定部の判定結果が否の場合には、前記第２の検出部の検出信号に基づいて前記記憶部に記憶された前記目標軌道を補正する補正量を求め、
   前記補正量で補正した前記目標軌道により前記精駆動機構を駆動制御する、
   請求項１に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
5. 前記鏡交換制御部は、
   前記把持機構が現在の位置および姿勢から最終目標の位置および姿勢になるまでの前記把持機構の位置および姿勢である目標軌道を演算して、前記目標軌道を記憶部に記憶し、
   前記記憶部に記憶された前記目標軌道に駆動機構を駆動する指令信号を求め、
   前記判定部の判定結果が可の場合には、前記第１の検出部の検出信号に基づいて、前記指令信号を補正する補正量を求め、前記記憶部に記憶された前記目標軌道を前記補正量分変更し、
   前記判定部の判定結果が否の場合には、前記第２の検出部の検出信号に基づいて前記記憶部に記憶された前記目標軌道から求めた前記指令信号に対する補正量を求め、
   前記補正量で補正した前記指令信号により前記精駆動機構を駆動制御する、
   請求項１に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
6. 前記保持部は、前記分割主鏡上で前記精駆動機構を移動させる粗駆動機構を有し、
   前記鏡交換制御部は、前記粗駆動機構の位置を示す検出信号と予め記憶された交換する分割鏡の位置との差分に従って、粗駆動機構を交換する前記分割鏡の位置まで移動させる指令信号を前記粗駆動機構に出力する粗軌道演算部を備える、
   請求項１に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
7. 前記分割鏡式望遠鏡の分割鏡式望遠鏡本体のたわみを検出する第３の検出部をさらに備え、
   前記鏡交換制御部は、前記第３の検出部からの検出信号に従って前記指令信号を補正して精駆動機構に出力する、
   請求項５または６に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
8. 前記精駆動機構がパラレルリンク機構である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
9. 前記把持機構が前記分割鏡の面に平行に開閉する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
10. 前記把持機構が、開閉して前記分割鏡を把持する前記把持爪部の先端に前記分割鏡を挟み込む把持ホールド機構を有する、請求項９に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
11. ６軸力センサをさらに備え、前記６軸力センサからの検出信号に従って前記鏡交換制御部で前記分割鏡の取付けおよび取外し時の荷重をモニタする、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
12. 前記鏡交換制御部が、前記６軸力センサからの検出信号に従って前記精駆動機構の制御を行う、請求項１１に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
13. 前記分割鏡が下部に前記リフト機構が挿入されるリフト挿入部を有し、上昇した時に前記リフト挿入部に挿入される前記リフト機構の先端が、前記リフト挿入部の内壁との間にクリアランスを作るために細くなっている、請求項１２に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
14. 前記精駆動機構は、
    ６軸力センサと、
    前記６軸力センサの重力方向に対する傾斜を計測する重力検知センサと、
    を有し、
    前記鏡交換制御部は、前記６軸力センサからの信号に基づいて前記指令信号に対する補正量を求め、前記補正量を補正した際に生じる力変化により変動する前記６軸力センサの検出信号を前記重力検知センサからの信号に基づき補正する力補正部を含む、
    請求項５に記載の分割鏡式望遠鏡の鏡交換装置。
15. 複数の分割鏡が着脱可能に配置された分割主鏡を備えた分割鏡式望遠鏡と、
    開閉可能な把持爪部によって前記分割鏡を上方から把持する把持機構と、
    下端に前記把持機構が固定されて前記把持機構の位置および姿勢を変える多軸駆動可能な精駆動機構と、
    前記精駆動機構を保持する保持部と、
    取外すおよび取付けた前記分割鏡をこの分割鏡の垂直軸方向に沿って上下させるリフト機構と、
    を備えた装置を用いて前記分割鏡を交換する分割式望遠鏡の鏡交換方法であって、
    前記把持機構の前記把持爪部またはこの把持爪部に把持された前記分割鏡である比較対象物とこの比較対象物を接触させる目標対象物との間の相対位置および相対姿勢を検出する第１の検出ステップと、
    前記保持部のたわみ、または前記保持部のたわみを含む前記精駆動機構のたわみを検出する第２の検出ステップと、
    前記分割鏡を交換する上で、前記第１の検出ステップまたは前記第２の検出ステップからの検出信号に基づいて前記把持機構、前記精駆動機構および前記リフト機構を駆動制御する鏡交換制御ステップと、
    を備え、
    前記鏡交換制御ステップは、
    前記第１の検出ステップでの計測の可否を判定し、
    前記計測の可否の判定結果が可の場合には、前記第１の検出ステップからの検出信号に基づいて、前記計測の可否の判定結果が否である場合には、前記第２の検出ステップからの検出信号に基づいて駆動制御する、分割鏡式望遠鏡の鏡交換方法。

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