JP7292541B2 - 鏡支持機構および光学装置 - Google Patents

Description

本開示は、反射鏡を支持する鏡支持機構および鏡支持機構を有する光学装置に関する。

航空宇宙分野や天文科学分野で用いられる光学装置、例えば光学望遠鏡の構造部材は、軽量でかつ低い熱膨張係数を有する必要がある。熱膨張係数が大きいと、温度変化により構造部材が許容幅を超えて変形する場合がある。構造部材が熱で許容幅を超えて変形することにより、例えば光学望遠鏡の光軸が指定された方向からずれる場合がある。あるいは、光学望遠鏡の焦点位置が決められた位置からずれる場合がある。

人工衛星に搭載される光学装置では、反射鏡を複雑な機構で支持している。複雑な機構であるため、製造に時間、手間、コストのいずれか少なくとも一つを多く要する。反射鏡と鏡支持機構の間での熱膨張係数の相対的な差に対応でき、かつ従来よりも簡素な構造で反射鏡を支持できる鏡支持機構および光学装置が望まれている。

従来、反射鏡を支持する鏡支持機構および鏡支持機構を有する光学装置には、光を反射する反射面の反対側の面である、反射鏡の背面に設けられて、光軸の回りに１２０度の回転対称性を有して配置された３個の被支持面を有する被支持部を有する反射鏡と、この反射鏡の背面の側に存在する構造部材と、被支持面を支持する鏡支持部を有し、両端が構造部材に接続された３個の支持部材とを備えたものがある（例えば、特許文献１）。このような光学装置は、支持部材によって、反射鏡と反射鏡を支持する構造部材の間での熱膨張係数の相対的な差に対応できる。詳しくは、光学装置は、支持部材が、鏡支持部の両側に接続するビーム部、各ビーム部の鏡支持部が接続しない側の端に各ビーム部に垂直に接続するフランジ部を有し、構造部材はフランジ部が接続するビーム固定部を備えている。

ＷＯ２０２０－１２２１９６

しかしながら、従来の反射鏡を支持する鏡支持機構および鏡支持機構を有する光学装置では、ビーム部（支持部材）に生じる引張力あるいは圧縮力による変形までは考慮していないという課題がある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、支持部材に生じる引張力あるいは圧縮力による変形を緩和できる鏡支持機構を得ることを目的とする。

本開示に係る鏡支持機構は、３個の第１支持部材と、３個の第２支持部材とを備える。各第１支持部材は、鏡支持部と第１ビーム部とを有する。反射鏡は、光を反射する反射面と、反射面の反対側の面である背面に設けられた被支持部とを有する。鏡支持部は、３個の被支持面のそれぞれと接触して被支持面を支持する。３個の被支持面は、反射鏡の被支持部に光軸の回りに１２０度の回転対称性を有して配置されて設けられる。各第１ビーム部は、各鏡支持部の両側に接続される。各第１支持部材は、光軸の方向から見て１個の直線状または折れ線状に配置される。各第２支持部材は、支持部と第２ビーム部とを有する。支持部には、隣接する２個の第１ビーム部の鏡支持部が接続しない側の端が接続される。各第２ビーム部は、各支持部の両側に接続される。第２ビーム部の支持部が接続しない側の端が反射鏡の背面の側に存在する構造部材に支持される。各第２支持部材は、光軸の方向から見て１個の直線状または折れ線状に配置される。

本開示に係る鏡支持機構は、光を反射する反射面と、反射面の反対側の面である背面に設けられて、光軸の回りに１２０度の回転対称性を有して配置された３個の被支持面を有する被支持部とを有する反射鏡を支持する。鏡支持機構は、３個の第１支持部材と第２支持部材とを備える。３個の第１支持部材は、光軸に垂直な平面である光軸垂直平面において第１の長さの辺と第２の長さの辺とが交互に隣接する六角形状の外形を有する。各第１支持部材は、各第１の長さの辺の中央部に形成された鏡支持部で被支持面と接触して被支持面を支持する。第２支持部材は、光軸垂直平面において第３の長さの辺と第４の長さの辺とが交互に隣接する六角形状の外形を有する。各第４の長さの辺に形成された３個の接続部が反射鏡の背面の側に存在する構造部材に接続される。

本開示によれば、引張力あるいは圧縮力により第１支持部材に生じる変形を緩和させた鏡支持機構を得ることができる。

実施の形態１に係る光学装置の斜視図である。 実施の形態１に係る光学装置の正面図である。 実施の形態１に係る光学装置の平面図である。 実施の形態１に係る光学装置の右側面図である。 実施の形態１に係る光学装置の底面図である。 実施の形態１に係る光学装置の断面図である。 実施の形態１に係る光学装置（鏡支持機構）で反射鏡を支持するために使用する第１支持部材および第２支持部材の斜視図である。 実施の形態１に係る光学装置（鏡支持機構）において反射鏡を支持するために使用する第１支持部材および第２支持部材の正面図である。 実施の形態１に係る光学装置（鏡支持機構）において反射鏡を支持するために使用する第１支持部材および第２支持部材の平面図である。 実施の形態１に係る光学装置（鏡支持機構）において反射鏡を支持するために使用する第１支持部材および第２支持部材の右側面図である。 実施の形態１に係る光学装置（鏡支持機構）において反射鏡を支持するために使用する支持ビームの背面図である。 実施の形態１に係る光学装置において第１支持部材および第２支持部材で支持された反射鏡の斜視図である。 実施の形態１に係る光学装置において第１支持部材および第２支持部材で支持された反射鏡の正面図である。 実施の形態１に係る光学装置において第１支持部材および第２支持部材で支持された反射鏡の右側面図である。 実施の形態１に係る光学装置において第１支持部材および第２支持部材で支持された反射鏡の背面図である。 実施の形態１に係る光学装置において第１支持部材および第２支持部材で支持された反射鏡の底面図である。 実施の形態１に係る光学装置で使用されるハニカムサンドイッチパネルの一部のスキン材を除いた状態での斜視図である。 実施の形態２に係る光学装置が搭載された人工衛星の正面図である。 実施の形態２に係る光学装置と人工衛星とを接続する部分の拡大図である。 実施の形態２に係る光学装置の内部構成を説明する概念的な断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る光学装置について、図１から図６を参照して説明する。なお、実施の形態１に係る鏡支持機構は、実施の形態１に係る光学装置に含まれる機構である。実施の形態１に係る光学装置から、反射鏡１、または、反射鏡１および構造部材２を除いたものを実施の形態１に係る鏡支持機構と考えてもよい。また、実施の形態１に係る鏡支持機構は、第１支持部材９、または、第１支持部材９および第２支持部材１０であると考えてもよい。なお、鏡支持機構は、鏡支持構造と呼ぶ場合がある。

図１は、実施の形態１に係る光学装置の斜視図である。図２から図５は、光学装置の正面図、平面図、右側面図および底面図である。図６は、図３に示すＡ－Ａ断面での断面図である。Ａ－Ａ断面は、後述の図９でも同じ位置での断面である。光学装置５０は、反射鏡１および構造部材２を有する。光学装置５０は、天体などを観測する光学望遠鏡を構成する。鏡支持部材である構造部材２は、反射鏡１を支持する部材である。反射鏡１は、反射面３と被支持部４を有する。反射面３は、観測に使用する光である観測光を反射する。反射鏡１において、反射面３の反対側の面を背面と呼ぶ。被支持部４は、反射鏡１の背面の中央に設けられる。被支持部４は、構造部材２により支持される部材である。

反射面３は、外形が円であり、凹面である。被支持部４は、外形が円筒状の突起である。被支持部４は、反射鏡１の背面の中央に設けられる。突起の先端側には、反射鏡１の光軸ＬＸ（図２、図４に図示）に平行な３個の平面である被支持面５が設けられている。このように、被支持面５は、突起に形成され、光軸ＬＸに平行な平面であることが好ましい。被支持面５は、同じ大きさの長方形の平面であり、互いに１２０度の角度をなす。被支持部４は、光軸ＬＸの回りに１２０度ごとの回転対称性を有する。被支持面５は、光軸ＬＸに平行な平面であることが好ましいが、これに限らない。構造部材２は、反射鏡１の背面の側に存在して、反射鏡１を支持する部材である。反射鏡１と構造部材２は、観測の用途に使用しない光学機器にも適用できる。

構造部材２は、支持基板部６、軸受部７および支持開口部８を有する。構造部材２には、第１支持部材９および第２支持部材１０が設けられる。支持基板部６は、構造部材２の本体部である。支持基板部６は、反射鏡１の背面側に存在するパネル状の部材である。支持基板部６は、光軸ＬＸの方向から見ると、反射鏡１の外径よりも小さい径の略円の部分に、２個の略長方形の部分をつなげたような形状である。２個の略長方形の部分は、略円の部分を中心にして対称に設けられる。２個の略長方形の部分の外側に、それぞれ軸受部７が設けられる。ここで、支持基板部６の反射鏡１が存在する側の面を主面と呼び、その反対側の面を背面と呼ぶ。２個の軸受部７は、光軸ＬＸの方向から見て対向する支持基板部６の２辺の中央部に１個ずつ設けられる。軸受部７は、支持基板部６から出る形状である。軸受部７は、円筒状の内部空間を有する軸保持穴１１を有する。２個の軸受部７の軸保持穴１１は、その中心軸が一致し、中心軸が反射鏡１の光軸ＬＸと交差するように設けられる。軸保持穴１１の中心軸は、支持基板部６の主面に対して平行である。２個の軸保持穴１１にそれぞれ、円柱状のＹ軸部材１２（図示せず）が挿入される。軸保持穴１１の中心軸とＹ軸部材１２の中心軸は、一致する。Ｙ軸部材１２の中心軸をＹ軸と呼ぶ。光学装置５０は、Ｙ軸部材１２すなわちＹ軸の周りに回転可能である。光軸ＬＸに垂直な平面においてＹ軸と直交する軸を、Ｘ軸と呼ぶ。Ｘ軸およびＹ軸と直交するＺ軸は、光軸ＬＸに一致させて配置する。

支持開口部８、第１支持部材９および第２支持部材１０は、反射鏡１の被支持部４を支持するための部材である。構造部材２は、被支持部４が入る穴である支持開口部８を有する。支持開口部８は、支持基板部６の中央に設けられた円筒状の開口空間である。支持開口部８は、支持基板部６を貫通して設けられる。支持開口部８が形成する円筒状の開口部の内面を、円筒面１３と呼ぶ。円筒面１３は、円盤状の支持基板部６に相当する部分よりも背面側にも延在する。支持開口部８は、支持基板部６の背面から環状に出る部分を有する。

円筒面１３で囲まれる空間に、反射鏡１の被支持部４が挿入される。被支持部４は、円筒面１３で囲まれる空間に、３個の第１支持部材９および３個の第２支持部材１０により支持される。第１支持部材９に形成された鏡支持部９Ａが、被支持面５と接触して被支持面５を支持する。第２支持部材１０に形成された支持部１０Ａに、第１支持部材９が接続する。３個の第２支持部材１０に形成された３個の接続部１０Ｃが、反射鏡１の背面の側に存在する構造部材２に接続する。構造部材２の円筒面１３には、３個の接続部１０Ｃのそれぞれが固定される３個の固定部２Ａ（図５に図示）が設けられる。

円筒面１３で囲まれる空間で第１支持部材９および第２支持部材１０により被支持部４を支持するので、光学装置５０の光軸ＬＸの方向の長さを短くして、構造部材２が反射鏡１を支持できる。支持開口部８を設けないで、支持基板部６の主面側で被支持部４を第１支持部材９および第２支持部材１０により支持してもよい。

３個の第１支持部材９は、光軸ＬＸに垂直な平面である光軸垂直平面において、辺の長さが２種類であり、隣接する辺同士の長さが異なる六角形状（第１の六角形状）の外形を有する。なお、平面における複数の部材の外形とは、複数の部材を包含する凸な平面図形の形状である。また、空間における複数の部材の外形とは、複数の部材を包含する凸な立体（空間図形）の形状である。第１の六角形状では、第１の長さの辺と第２の長さの辺とが交互に隣接する。第１支持部材９では、第２の長さを第１の長さよりも短くしている。第２の長さは、第１の長さと同じでもよいし、第１の長さよりも長くてもよい。各第１の長さの辺の中央の部分（中央部）に、鏡支持部９Ａが形成される。鏡支持部９Ａは、被支持面５と接続して被支持面５を支持する部材である。光軸垂直平面においてすなわち光軸ＬＸの方向から見た３個の第１支持部材９の外形が、第１の六角形状である。第１の六角形状の内角はすべて同じ角度である（等しい）ことが望ましい。すなわち、第１の六角形状においてすべての内角が１２０度であることが望ましい。

第１支持部材９は、一端が鏡支持部９Ａに接続され、他端が第２支持部材１０に接続された第１ビーム部９Ｂを備えている。鏡支持部９Ａおよび第１ビーム部９Ｂは、平板状である。鏡支持部９Ａおよび第１ビーム部９Ｂでは、反射鏡１の被支持部４から遠い側の面が段差を有しない連続した平面になる。鏡支持部９Ａの板厚は、第１ビーム部９Ｂの板厚よりも厚い。そのため、鏡支持部９Ａの被支持面５と接触する面が、第１ビーム部９Ｂの反射鏡１の側の面よりも突出する。若干の凹凸はあるが、第１支持部材９の形状は、主要部が略平面上に存在する形状であると言える。３個の第１支持部材９は、光軸ＬＸに平行であり、かつ１２０度の回転対称性を有するように配置される。３個の第１支持部材９は、外形が六角柱体になるように配置される。鏡支持部９Ａおよび第１ビーム部９Ｂは、光軸垂直平面における第１の六角形状の第１の長さの辺に対応する。第２の長さの辺は、第２支持部材１０の中央の部分が対応する。３個の第１支持部材９の外形は、柱体ではなく錐台でもよい。

また、３個の第２支持部材１０は、光軸垂直平面において、辺の長さが２種類で隣接する、辺同士の長さが異なる六角形状（第２の六角形状）の外形を有する。第２の六角形状では、第３の長さの辺と第４の長さの辺とが交互に隣接する。第２支持部材１０では、第４の長さを第３の長さよりも短くしている。第４の長さは、第３の長さと同じでもよいし、第３の長さよりも長くてもよい。各第３の長さの辺の中央部に、支持部１０Ａが形成される。支持部１０Ａが配置される位置は、第１支持部材９の外形である第１の六角形状における第２の長さの辺に相当する位置でもある。支持部１０Ａは、第１支持部材９を支持する。第２の六角形状における３個の第４の長さの辺に、接続部１０Ｃが形成される。接続部１０Ｃに、２個の第２ビーム部１０Ｂの端部が接続する。接続部１０Ｃは、反射鏡１の背面の側に存在する構造部材２（固定部２Ａ）に接続される。第１支持部材９と同様に、光軸垂直平面においてすなわち光軸ＬＸの方向から見た３個の第２支持部材１０の外形が、第２の六角形状である。第２の六角形状の内角はすべて等しいことが望ましい。すなわち、第２の六角形状においてすべての内角が１２０度であることが望ましい。

第２支持部材１０は、一端が支持部１０Ａに接続され、他端が接続部１０Ｃに接続された第２ビーム部１０Ｂを備えている。支持部１０Ａの板厚は、第２ビーム部１０Ｂの板厚よりも厚い。支持部１０Ａおよび第２ビーム部１０Ｂの厚さの中心の位置は、ほぼ同じである。支持部１０Ａは、反射鏡１の被支持部４の側および被支持部４から遠い側において第２ビーム部１０Ｂよりも出る。支持部１０Ａおよび第２ビーム部１０Ｂの形状は、主要部が略平面上に存在する形状であると言える。３個の支持部１０Ａおよび第２ビーム部１０Ｂの組は、光軸ＬＸに平行であり、かつ１２０度の回転対称性を有するように配置される。第２の六角形状において、隣接する２個の第２ビーム部１０Ｂの間に、接続部１０Ｃが配置される。接続部１０Ｃは、被支持部４から遠い側に出た部分を有する。出た部分の接続部１０Ｃの裏側は、平面である。第２ビーム部１０Ｂと接続部１０Ｃが接続する角の部分は、補強のため板厚が厚くなるように、接続部１０Ｃはその裏側に傾斜した面を有する。支持部１０Ａおよび第２ビーム部１０Ｂは、光軸垂直平面における第２の六角形状の第３の長さの辺に対応する。接続部１０Ｃは、第４の長さの辺に対応する。

３個の第２支持部材１０の外形は、光軸ＬＸの方向から見ると環状である。環状の１個の第２支持部材１０が存在すると考えることもできる。環状の第２支持部材１０は、支持部１０Ａおよび２個の第２ビーム部１０Ｂの３組と、３個の接続部１０Ｃとを有する、第２支持部材１０を３個または１個のどちらと考えても、第２支持部材１０は六角柱体の外形を有する。３個または１個の第２支持部材１０の外形は、柱体ではなく錐台でもよい。

第１支持部材９および第２支持部材１０で構成される鏡支持機構の構造を、より詳しく図７から図１１を参照して説明する。図７は、第１支持部材９および第２支持部材１０の斜視図である。図８から図１１は、第１支持部材９および第２支持部材１０の正面図、平面図、右側面図、背面図である。鏡支持機構は、３個の第１支持部材９と３個の第２支持部材１０とを備える。３個の第１支持部材９のそれぞれは、被支持面５と接触して被支持面５を支持する鏡支持部９Ａを有する。鏡支持部９Ａは、３個である。１２０度の回転対称性を有する３個の被支持面５のそれぞれに、３個の鏡支持部９Ａのそれぞれが接触して接続する。第１ビーム部９Ｂは、第１支持部材９において鏡支持部９Ａの両側に接続された部材である。

３個の第２支持部材１０のそれぞれは、隣接する２個の第１支持部材９の端と構造部材２との間に介在する。構造部材２は、反射鏡１の背面の側に存在する。３個の第２支持部材１０は、３個の第１支持部材９の両端と構造部材２とを間接的に接続させる部材である。３個の支持部１０Ａのそれぞれは、隣接する２個の第１ビーム部９Ｂの鏡支持部９Ａが接続しない側の端が接続された部材である。各支持部１０Ａには、隣接する２個ずつの第１ビーム部９Ｂの端が、接続する。第２ビーム部１０Ｂは、支持部１０Ａの両側に接続された部材である。各接続部１０Ｃには、隣接する２個ずつの第２ビーム部１０Ｂの支持部１０Ａに接続しない側の端が接続される。各接続部１０Ｃは、構造部材２が有する３個の固定部２Ａのそれぞれに接続された部材である。各第２ビーム部１０Ｂは、接続部１０Ｃを介して構造部材２に接続および支持される。接続部１０Ｃを介して各第２ビーム部１０Ｂを固定部２Ａに接続するので、容易に各第２ビーム部１０Ｂを構造部材２に接続できる。また、各第２ビーム部１０Ｂの構造部材２への取り付け位置を所望の位置にすることが容易である。

鏡支持部９Ａは、第1支持部材９の中央の部分に配置されている。第1支持部材９は、中央に鏡支持部９Ａがあり、鏡支持部９Ａの両側に２個の第１ビーム部９Ｂが接続している。鏡支持部９Ａに接続した２個の第１ビーム部９Ｂのそれぞれは、２個の支持部１０Ａのそれぞれに接続する。２個の支持部１０Ａの間の中央の位置に、鏡支持部９Ａは配置される。前述のとおり、光軸ＬＸに垂直な平面（光軸垂直平面）において第１支持部材９と第２支持部材１０は、その外形が六角形状である。なお、支持部１０Ａは、第１支持部材９の側の部材と考えてもよい。

鏡支持部９Ａ、第１ビーム部９Ｂおよび支持部１０Ａで構成する、光軸垂直平面における輪の外形は、六角形状であることが好ましい。光軸垂直平面において、各第１ビーム部９Ｂは同じ長さであり、各支持部１０Ａは同じ長さであり、第１ビーム部９Ｂの長さは、支持部１０Ａの長さよりも長い。各鏡支持部９Ａも同じ長さである。鏡支持部９Ａ、第１ビーム部９Ｂおよび支持部１０Ａが形成する第１の六角形状は、すべての内角が同じ角度（１２０度）であることが望ましい。同様に、光軸垂直平面において、支持部１０Ａ、第２ビーム部１０Ｂおよび接続部１０Ｃで構成する輪の外形は、六角形状であることが好ましい。各第２ビーム部１０Ｂは同じ長さであり、各接続部１０Ｃは同じ長さであり、第２ビーム部１０Ｂの長さは、接続部１０Ｃの長さよりも長い。支持部１０Ａ、第２ビーム部１０Ｂおよび接続部１０Ｃが形成する第２の六角形状は、すべての内角が同じ角度（１２０度）であることが望ましい。

第１支持部材９は板材が接続した形状であり、第２支持部材１０は板材が接続した形状である。鏡支持部９Ａの板厚は、鏡支持部９Ａと接続する部分での第１支持部材９の板厚よりも厚い。支持部１０Ａの板厚は、支持部１０Ａと接続する部分での第２支持部材１０の板厚よりも厚い。接続部１０Ｃの板厚は、接続部１０Ｃと接続する部分での第２支持部材１０の板厚よりも厚い。第１支持部材９および第２支持部材１０は、板ばねである。なお、接続部１０Ｃの両側の第２ビーム部１０Ｂと接続する箇所までの部分を第３ビーム部と呼んでもよい。鏡支持部９Ａ、支持部１０Ａ、接続部１０Ｃは、その法線方向から見て長方形状が望ましい。同じく、第１ビーム９Ｂと第２ビーム部１０Ｂと第３ビーム部は、長方形状が望ましい。長方形状である鏡支持部９Ａ、支持部１０Ａ、接続部１０Ｃ、第１ビーム９Ｂ、第２ビーム部１０Ｂは、光軸ＬＸの方向が短辺となっている。一方、長方形状である第３ビーム部は、光軸ＬＸの方向が長辺となっている。

また、被支持面５が光軸ＬＸに平行な平面である場合は、第１支持部材９が有する鏡支持部９Ａは、光軸ＬＸに平行な平面となる。さらに、構造部材２が有する円筒面１３に形成された固定部２Ａは、光軸ＬＸに平行な平面であることが好ましい。また、第２支持部材１０が有する接続部１０Ｃは、光軸ＬＸに平行な平面となる。第２支持部材１０が有する支持部１０Ａは、第１支持部材９と第２支持部材１０とが一体の場合も含めて、光軸ＬＸに平行な平面であることが好ましい。

第１の六角形状において、第２の長さの辺にも部材を形成して、３個の第１支持部材９とともに、１個の環状の部材としてもよい。この１個の環状の部材を、環状の１個の第１支持部材としてもよい。環状の第１支持部材において第２の長さの辺に配置される部材を、第１支持部材の支持部と呼ぶ。環状の第１支持部材と環状の第２支持部材とを、それぞれの支持部を接続するようにしてもよい。つまり、第１支持部材が有する支持部と第２支持部材１０が有する支持部１０Ａとを接続するようにしてもよい。この場合、第１支持部材の支持部と第２支持部材１０の支持部１０Ａとは、光軸ＬＸに平行な平面であることが好ましい。

例えば、鏡支持部９と被支持面５とは、接着剤で接着される。固定部２Ａと接続部１０Ｃとは、例えば、ボルトで接続される。図８、図１０および図１１に示す接続部１０Ｃに設けた２個の穴は、ボルトの軸が挿入される穴である。第１支持部材９および第２支持部材１０が一体ではなく、それぞれに支持部が形成されている場合は、それぞれの支持部は、ボルトで接続されてもよい。

実施の形態１に係る鏡支持機構は、構造部材２も備えると考えてもよい。第２支持部材１０は、構造部材２と一体に形成されてもよい。第２支持部材１０と一体に形成される構造部材２は、第２支持部材１０を含むものと考えてもよい。この場合は、第１支持部材９が直接、構造部材２に支持されていると言える。第１支持部材９と第２支持部材１０とは、一体であってもよい。実施の形態１に係る光学装置（鏡支持機構）の構造部材２は、被支持部４が入る穴（支持開口部８）を有している。この穴の内面として、円筒面１３が形成されている。

板状の第１支持部材９および第２支持部材１０は、適度な弾性を有する。そのため、反射鏡１と構造部材２の熱膨張係数の差により発生する鏡支持部９Ａが被支持面５を支持する箇所の径方向の変位を、第１支持部材９がたわむことで吸収できる。そして、第１ビーム部９Ｂを介して支持部１０Ａに掛かる引張力あるいは圧縮力は、第２支持部材１０がたわむことで吸収され、緩和できる。一般には、反射鏡１の熱膨張係数が小さく構造部材２の熱膨張係数が大きい。そのため、熱膨張係数の差により、構造部材２には引張力が発生する場合が多い。構造部材２として熱膨張係数が異なる複数の材料製の部品を使用する場合には、部品の接続の仕方によっては構造部材２を構成する部材に圧縮力が加えられる可能性がある。被支持部４の径方向の膨脹または収縮に対応して、被支持部４に過度の応力を加えることなく、第１支持部材９が被支持部４を支持できる。つまり、第１支持部材９は、鏡支持部９Ａが反射鏡１の径方向に移動可能な構造を有し、第２支持部材１０は、支持部１０Ａが反射鏡１の径方向に移動可能な構造を有しておればよい。なお、鏡支持部９Ａおよび支持部１０Ａの一方または両方が径方向に移動しても、被支持部４の中心の位置は、構造部材２に対して固定される。

図１１に示すように、３個の第１支持部材９および３個の第２支持部材１０は、３個の鏡支持部９Ａ、支持部１０Ａおよび接続部１０Ｃの各組を通る中心面ＣＳに関して面対称である。中心面ＣＳは、直方体状の鏡支持部９Ａ、支持部１０Ａおよび接続部１０Ｃのそれぞれに垂直にその中心を通る。３組の鏡支持部９Ａ、支持部１０Ａおよび接続部１０Ｃは、１２０度の回転対称性を有して配置されているので、中心面ＣＳは３個ある。図９に示す断面Ａ－Ａの位置は、３個の中心面ＣＳの中の１個の位置にある。３個の中心面ＣＳは、１２０度の回転対称性を有して配置される。３個の第１支持部材９および３個の第２支持部材１０が、３個の中心面ＣＳに関して面対称であるので、３個の第１支持部材９および３個の第２支持部材１０は均等に安定して反射鏡１を支持できる。

３個の第１支持部材９および３個の第２支持部材１０に対して３個の中心面ＣＳが存在する理由は、以下の命題（Ａ）～（Ｅ）がすべて成立するからである。
（Ａ）各鏡支持部９Ａが同じ長さ（Ｌ_０）である。
（Ｂ）各第１ビーム部９Ｂが同じ長さ（Ｌ_１）である。
（Ｃ）各支持部１０Ａが同じ長さ（Ｌ_２）である。
（Ｄ）各第２ビーム部１０Ｂが同じ長さ（Ｌ_３）である。
（Ｅ）接続部１０Ｃが同じ長さ（Ｌ_４）である。

命題（Ａ）～（Ｅ）が成立する場合（ケース１）には、下に示す命題（Ｆ）～（Ｍ）が成立する。光学装置５０は、ケース１に該当する。
（Ｆ）各第１支持部材９が同じ長さ（Ｌ_０＋２*Ｌ_１）である。
（Ｇ）各第２支持部材１０が同じ長さ（Ｌ_２＋２*Ｌ_３）である。
（Ｈ）第１支持部材９と支持部１０Ａとが構成する第１の六角形状の各内角が１２０度である。
（Ｊ）第２支持部材１０と接続部１０Ｃとが構成する第２の六角形状の各内角が１２０度である。
（Ｋ）３個の鏡支持部９Ａ、支持部１０Ａおよび接続部１０Ｃの各組で、光軸垂直平面において、鏡支持部９Ａの垂直二等分線、支持部１０Ａの垂直二等分線および接続部１０Ｃの垂直二等分線が一致し、中心面ＣＳ上に存在する。
（Ｌ）光軸垂直平面において、支持部１０Ａと第１ビーム部９Ｂとがなす各角度（θ_１）が１２０度である。
（Ｍ）光軸垂直平面において、接続部１０Ａと第２ビーム部１０Ｂとがなす各角度（θ_２）が１２０度である。

命題（Ｂ）の替わりに命題（Ｂ１）および（Ｂ２）が成立し、命題（Ｄ）の替わりに命題（Ｄ１）および（Ｄ２）が成立する場合（ケース２）を考える。
（Ｂ１）各鏡支持部９Ａに対して、光軸ＬＸを回転中心として反時計回り側で各鏡支持部９Ａと接続する各第１ビーム部９Ｂが同じ長さ（Ｌ_１Ａ）である。
（Ｂ２）各鏡支持部９Ａに対して、光軸ＬＸを回転中心として時計回り側で各鏡支持部９Ａと接続する各第１ビーム部９Ｂが同じ長さ（Ｌ_１Ｂ≠Ｌ_１Ａ）である。
（Ｄ１）各支持部１０Ａに対して、光軸ＬＸを回転中心として反時計回り側で各支持部１０Ａと接続する各第２ビーム部１０Ｂが同じ長さ（Ｌ_３Ａ）である。
（Ｄ２）各支持部１０Ａに対して、光軸ＬＸを回転中心として時計回り側で各支持部１０Ａと接続する各第２ビーム部１０Ｂが同じ長さ（Ｌ_３Ｂ≠Ｌ_３Ａ）である。

ケース２は、命題（Ａ）、（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｃ）、（Ｄ１）、（Ｄ２）および（Ｅ）が成立する場合である。ケース２では、命題（Ｆ）～（Ｊ）および、下に示す命題（Ｎ）～（Ｖ）が成立する。
（Ｎ）光軸垂直平面において、各第１支持部材９の垂直二等分線上に光軸ＬＸが存在する。
（Ｐ）光軸垂直平面において、各第２支持部材１０の垂直二等分線上に光軸ＬＸが存在する。
（Ｑ）光軸垂直平面において、各接続部１０Ｃの垂直二等分線上に光軸ＬＸが存在する。
（Ｒ）光軸垂直平面において、光軸ＬＸを回転中心として反時計回り側で各支持部１０Ａと接続する各第１ビーム部９Ｂと各支持部１０Ａとがなす角度が、同じ角度（θ_１Ａ）である。
（Ｓ）光軸垂直平面において、光軸ＬＸを回転中心として時計回り側で各支持部１０Ａと接続する各第１ビーム部９Ｂと各支持部１０Ａとがなす角度が、同じ角度（θ_１Ｂ≠θ_１Ａ）である。
（Ｔ）光軸垂直平面において、光軸ＬＸを回転中心として反時計回り側で各接続部１０Ｃと接続する各第２ビーム部１０Ｂと各接続部１０Ｃとがなす角度が、同じ角度（θ_２Ａ）である。
（Ｕ）光軸垂直平面において、光軸ＬＸを回転中心として時計回り側で各接続部１０Ｃと接続する各第２ビーム部１０Ｂと各接続部１０Ｃとがなす角度が、同じ角度（θ_２Ｂ≠θ_２Ａ）である。
（Ｖ）Ｌ_１Ａ＞Ｌ_１Ｂである場合はＬ_３Ａ＞Ｌ_３Ｂ、θ_１Ａ＞１２０度＞θ_１Ｂ、θ_２Ａ＞１２０度＞θ_２Ｂである。Ｌ_１Ａ＜Ｌ_１Ｂである場合は、Ｌ_３Ａ＜Ｌ_３Ｂ、θ_１Ａ＜１２０度＜θ_１Ｂ、θ_２Ａ＜１２０度＜θ_２Ｂである。

命題（Ｆ）～（Ｊ）および（Ｎ）～（Ｖ）が成立するケース２に係る光学装置では、３個の第１支持部材９および３個の第２支持部材１０は、１２０度の回転対称性を有して反射鏡１を支持できる。

第１支持部材９および第２支持部材１０で支持された反射鏡１を、図１２から図１６に示す。図１２から図１６は、第１支持部材９および第２支持部材１０で支持された反射鏡１の斜視図、正面図、右側面図、背面図および底面図である。図１２から図１６に示すように、反射鏡１を第１支持部材９および第２支持部材１０という簡素な構造で支持する。支持開口部８、第１支持部材９および第２支持部材１０は、支持基板部６に対する被支持部４の位置を固定して被支持部４を支持基板部６に接続する支持開口部を構成する。

Ｙ軸部材１２は、Ｘ軸回転部材１４（図示せず）に接続する。Ｘ軸は、光軸ＬＸに垂直な平面でＹ軸と直交する軸である。Ｘ軸回転部材１４は、Ｘ軸の回りに回転可能である。Ｘ軸回転部材１４は、支持基板部６と同様な形状である。Ｘ軸回転部材１４は、Ｘ軸に平行な２個のＸ軸部材１５（図示せず）により、Ｘ軸の周りに回転可能である。Ｘ軸回転部材１４の背面側には、Ｘ軸部材１５を支持する突起を有する板状の鏡基底部材１６（図示せず）が存在する。鏡基底部材１６とＸ軸との間の距離は、Ｘ軸回転部材１４がＸ軸の周りに決められた角度だけ回転可能になるように適切に決める。鏡基底部材１６は、実施の形態２で説明するような光学望遠鏡の構造部材に固定される。

このように、実施の形態１に係る鏡支持機構を有する光学装置５０は、板ばね（第１支持部材９）を三角形に組み三角形構造とし、さらに外側に板ばね（第２支持部材１０）の三角形構造を配置したものと言える。つまり、第１支持部材９の第１ビーム部９Ｂを、鏡支持部９Ａと接続された一端と反対の他端から仮想直線をそれぞれ延長すると、三角形が形成される。この三角形は正三角形が望ましい。同じく、第２支持部材１０が有する第２ビーム部１０Ｂを、支持部１０Ａと接続された一端と反対の他端から仮想直線をそれぞれ延長すると、三角形が形成される。この三角形は正三角形が望ましい。

この２重の板ばねの三角形構造により、温度変化時の反射鏡１と望遠鏡構造の相対的な熱変形に対し、鏡支持機構は半径方向に加え円周方向の熱変形による変位（変形量）を吸収して主鏡の位置を保つことができる。さらに、２重の板ばねの三角形構造は、主鏡に支持反力の変動を起こすことなく理想的に支持することができる。また板ばねの三角形状は、逆さ２重に配置してトラスに近い構造にしている。鏡支持部と支持部での光軸ＬＸの方向での位置を同じにしている。鏡支持機構の高さを一定にし、反射鏡１に近い面と遠い面をどちらも平面にしている。これらの構造により、鏡支持機構の高剛性化が可能である。剛性が低下する可能性があるが、鏡支持部と支持部での光軸ＬＸの方向での位置を異ならせてもよい。

２重の板ばねの三角形構造の各頂点に近い部分を切り取って、六角形状にしている。そのため、鏡支持機構の光軸垂直平面での大きさを小さくできる。

接続部１０Ｃを有さず、第２ビーム部１０Ｂの支持部１０Ａが接続しない側の端が、構造部材２に支持されてもよい。特許文献１において支持ビーム９がビーム固定部１０を介して円筒面１３に支持されるように、第２ビーム部１０Ｂの支持部１０Ａが接続しない側の端が、構造部材２に設けられた支持開口部８の内面である円筒面１３に支持されてもよい。接続部１０Ｃが無い場合は、６個の第２ビーム１０Ｂの端を構造部材２に接続する必要があり、接続の手間が大きくなる。また、第２ビーム１０Ｂの端を構造部材２に接続する接続位置を所望の位置にするために、部材が多く必要になったり、構造が複雑になったりして、接続部１０Ｃが有る場合よりも、コスト、労力、取り付け精度の少なくとも１つが悪化する。接続部が第２支持部材とは別体に形成され、隣接する２個の第２ビーム部１０Ｂの端が接続部に接続し、接続部が固定部２Ａに固定されてもよい。第２ビーム部１０Ｂの支持部１０Ａが接続しない側の端が、構造部材２に支持されていればよい。

光学装置５０では、以下の命題が成立する。
（Ｗ）各第１ビーム部９Ｂの長さ（Ｌ_１）が、各支持部１０Ａの長さ（Ｌ_２）よりも長い（Ｌ_１＞Ｌ_２）
（Ｘ）各第２ビーム部１０Ｂの長さ（Ｌ_３）が、各接続部１０Ｃの長さ（Ｌ_４）よりも長い（Ｌ_３＞Ｌ_４）

命題（Ｗ）が成立するので、鏡支持部９Ａが被支持面５を支持する箇所の径方向の変位に関して、第１支持部材９が吸収できる最大変位量を大きくできる。同じ大きさの径方向の変位の場合には、第１支持部材９の変形量が小さくなる。なお、命題（Ｗ）が成立しない場合の方が、第１の六角形状を正六角形に近づけることができ、鏡支持機構をコンパクトにできる。

命題（Ｘ）が成立するので、第１支持部材９の円周方向の変形量に関して、第２支持部材１０が吸収できる最大変形量を大きくできる。同じ大きさの円周方向の変位の場合には、第２支持部材１０の変形量が小さくなる。なお、命題（Ｘ）が成立しない場合の方が、第２の六角形状を正六角形に近づけることができ、鏡支持機構をコンパクトにできる。

鏡支持部９Ａ、第１ビーム部９Ｂ、支持部１０Ａ、第２ビーム部１０Ｂ、接続部１０Ｃの長さは、想定する最大の変形量、鏡支持機構のサイズに対する制約などを考慮して適切に決める。

各第１支持部材９において、鏡支持部９Ａとその両側の第１ビーム部９Ｂは、光軸ＬＸの方向から見て１個の直線状に配置される。各第２支持部材１０において、支持部１０Ａとその両側の第２ビーム部１０Ｂは、光軸ＬＸの方向から見て１個の直線状に配置される。そのため、鏡支持機構は反射鏡１の被支持部４に加えられる荷重を小さくして、被支持部４を支持できる。板ばねの三角形構造の効果は小さくなるが、第１支持部材９および第２支持部材１０のどちらか一方または両方を、光軸ＬＸの方向から見て折れ線状に配置してもよい。折れ線状である場合には、被支持部４に近い側が凹または凸のいずれの折れ線でもよい。第１支持部材９および第２支持部材１０の両方が折れ線状である場合は、第１支持部材９および第２支持部材１０とで折れ曲がりの向きは同じでも異なってもよい。

実施の形態１に係る鏡支持機構（光学装置）は、板ばねを三角形に組み（第１支持部材９）、さらに外側に板ばねの三角形構造（第２支持部材１０）を配置した。実施の形態１に係る鏡支持機構（光学装置）は、温度変化時の反射鏡１と望遠鏡構造との相対的な熱変形に対し、第１支持部材９および第２支持部材１０は、反射鏡１の半径方向に加え円周方向の熱変形を吸収して反射鏡１の位置を保つことができる。実施の形態１に係る鏡支持機構（光学装置）は、反射鏡１に支持反力のばらつきを与えずに理想的に支持することが可能となる。

実施の形態１に係る鏡支持機構と、反射鏡１とを備えたものを実施の形態１に光学装置と呼んでもよい。実施の形態１に係る鏡支持機構と、反射鏡１および構造部材２とを備えたものを実施の形態１に光学装置と呼んでもよい。なお、前述の通り、被支持部４は、外形が円筒状の突起であり、被支持面５は、光軸に平行な平面であることが望ましい。

鏡支持機構を、低い熱膨張係数を有する金属で製造することで、温度変化により発生する鏡支持機構の変形量を小さくすることが考えられる。この明細書では、光学装置を製造するために使用する、熱膨張係数の絶対値が炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰと略す）よりも小さい金属を低膨張金属と呼ぶ。実施の形態１に係る鏡支持機構は、構造部材２、第１支持部材９および第２支持部材１０は、低膨張金属で製造されていてもよい。低膨張金属で形成される対象は、構造部材２、第１支持部材０および第２支持部材１０のいずれか１個以上であってもよい。また、構造部材２、第１支持部材０および第２支持部材１０は、別の部材（例えば金属など）を使用してもよい。また、構造部材２に設けられる支持基板部６および軸受部７の少なくとも一方を、低膨張金属で製造してもよい。

図に示す構造部材２は、例示した構成であり、ハニカムサンドイッチパネル２０でないものを示している。構造部材２の支持基板部６および軸受部７は、軽量でかつ熱膨張係数が小さくなるように、低い熱膨張係数を有する金属で製造されたハニカムサンドイッチパネル２０で構成してもよい。低い熱膨張係数を有する金属としては、インバー合金を使用する。例えば、新報国製鉄（株）が製造する「ゼロ熱膨張インバー合金」は、０．０６ｐｐｍ[１／Ｋ]という極めて低い熱膨張係数を有する（２０１８年１１月２２日付、日刊鉄鋼新聞の記事による）。熱膨張係数の絶対値が「ゼロ熱膨張インバー合金」より大きくても、ＣＦＲＰよりも小さい熱膨張係数の絶対値を有する金属（低膨張金属）であれば、ＣＦＲＰを使用する場合よりも熱膨張の影響を軽減した光学装置を得ることができる。支持開口部８、第１支持部材９および第２支持部材１０は、低膨張金属で製造する。なお、支持開口部８、第１支持部材９および第２支持部材１０のいずれか少なくとも１つを、低膨張金属とは異なる材料で製造してもよい。

図１７を参照して、ハニカムサンドイッチパネル２０の構造を説明する。図１７は、ハニカムサンドイッチパネルの一部のスキン材を除いた状態での斜視図である。ハニカムサンドイッチパネル２０は、第１スキン材２１、コア材２２および第２スキン材２３を有して構成される。第１スキン材２１は、ハニカムサンドイッチパネル２０の一方の面となる板材である。第２スキン材２３は、一方の面に対向するように配置された他方の面となる板材である。図１７に示すハニカムサンドイッチパネル２０では、第１スキン材２１と第２スキン材２３とが平行になるように配置している。

コア材２２は、ハニカム構造を有する部材である。ハニカム構造は、断面が六角形（正六角形が望ましい）である複数の筒を隣接して形成した構造である。コア材２２は、第１スキン材２１および第２スキン材２３に垂直に接着剤により接合される。なお、６辺の中で対向する２辺が他の４辺とは長さが異なる六角形でも平面を隙間なく埋めることができる。そのため、コア材は断面が六角形の筒が隣接して配置された形状であればよい。

構造部材２は、低膨張金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルを使用して製造してもよい。そのため、ＣＦＲＰで製造する場合よりも、温度変化による膨張あるいは収縮が、反射鏡１の位置に影響する度合いを小さくできる。なお、Ｙ軸部材１２、Ｘ軸回転部材１４、Ｘ軸部材１５および鏡基底部材１６も、低膨張金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルを有して構成するか、あるいは低膨張金属で製造する。

構造部材２は、低膨張金属ではない材料によるハニカムサンドイッチパネルを使用して、あるいは、ハニカムサンドイッチパネルを使用しないで製造してもよい。Ｙ軸部材１２、Ｘ軸回転部材１４、Ｘ軸部材１５および鏡基底部材１６の各々に関しても、同様である。

ＣＦＲＰの替わりに低膨張金属を使用することで、ＣＦＲＰを使用する場合に発生する以下の課題を解決できる。
ＣＦＲＰを使用したハニカムサンドイッチパネルでは、繊維方向や層構造により剛性や熱膨張係数の性質が変化する。そのため、繊維方向や層構造を検討および調整した上でスキン材やコア材を製造する必要がある。結果として、ＣＦＲＰ製のハニカムサンドイッチパネルは、低膨張金属を使用する場合よりも、手間、時間およびコストの少なくとも１つが多くかかる。

ＣＦＲＰ製のハニカムサンドイッチパネル同士、ハニカムサンドイッチパネルと他の部材を接合するには、接着剤やインサートによる必要がある。そのため、ＣＦＲＰ製のハニカムサンドイッチパネルは、接合強度を十分に高めることが難しい。

ＣＦＲＰで実現できる熱膨張係数の絶対値は、１０^－６未満で３×１０^－７[１／Ｋ]程度以上である。低膨張ガラス材料、例えばＳＣＨＯＴＴ社のＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）の熱膨張係数は、クラス１で０±０．０５×１０^－６[１／Ｋ]である。１０^－７[１／Ｋ]未満の熱膨張係数を有する低膨張ガラス材料で製造される反射鏡に対して、鏡支持部材の素材であるＣＦＲＰの熱膨張係数は５倍以上の大きさである。ＣＦＲＰ製の鏡支持部材を使用する場合には、ＣＦＲＰ製の鏡支持部材の変形を光学要素へ伝えないために、複雑な構造が必要である。

宇宙空間で使用される光学装置に適用する場合には、ＣＦＲＰはいくつか注意すべき点がある。ＣＦＲＰは、高分子有機材料であるため、吸湿する。ＣＦＲＰが水分を含んだ状態で軌道上へ打ち上げられると、宇宙空間で水分が蒸発して収縮変形する場合がある。また、宇宙空間でＣＦＲＰに含まれる有機物が蒸発し、収縮変形する場合がある。ＣＦＲＰの収縮変形により構造部材の寸法が変化し、光学機器の相対位置が変化して、観測精度が低下する場合がある。ＣＦＲＰから発生する有機物を含む気体（アウトガス）が光学機器に触れ、ＣＦＲＰから発生した有機物が光学機器に付着する場合がある。有機物の付着は、観測精度の低下をもたらす場合がある。

低膨張金属は、剛性や強度が高く、剛性および熱膨張性に関して等方性を有する。また、低膨張金属は、ＣＦＲＰよりも高い熱伝導率を持つ。

構造部材２は、「ゼロ熱膨張インバー合金」などの低膨張金属を使用して製造することで、１０^－７[１／Ｋ]未満という低い熱膨張係数を実現できる。そのため、支持構造に相当する部分と反射鏡１の熱膨張係数の差が小さく、反射鏡１を３本の第１支持部材９および第２支持部材１０で構造部材２に固定することができる。第１支持部材９および第２支持部材１０という簡単な構造で、反射鏡１などの光学機器を支持できる。光学機器を支持する構造を低膨張金属で製造することで、ＣＦＲＰを使用する場合と比較して、小さな変形量に抑えかつ軽量にできる。

低膨張金属は、切削や溶接なども可能である。低膨張金属は加工可能な素材であるため、ＣＦＲＰの場合には必要であった繊維方向や層構造を考慮する必要がない。光学装置を製造する際に、ＣＦＲＰを使用する場合より、手間、時間およびコストの少なくとも１つを改善できる。接続方法においては、低膨張金属は、接着剤に比べ強度が高い溶接を採用できる。なお、低膨張金属の溶接は、ハニカムサンドイッチパネルが変形しないような方法で実施する。

ハニカムサンドイッチパネルは、第１スキン材および第２スキン材は低膨張金属で製造し、コア材はＣＦＲＰで製造してもよい。第１スキン材および第２スキン材が「ゼロ熱膨張インバー合金」製で、コア材をＣＦＲＰ製のハニカムサンドイッチパネルの温度変化に対する変形を、有限要素解析によりシミュレーションした。ハニカムサンドイッチパネルの形状は、第１スキン材および第２スキン材が縦（Ｙ方向）と横（Ｘ方向）が１００ｍｍ×１００ｍｍで厚さ１ｍｍの板材とする。コア材は、セルサイズを約６ｍｍ、コア材膜厚さを約０．０３ｍｍ、高さ（Ｚ方向）を２０ｍｍとする。熱膨張係数は、「ゼロ熱膨張インバー合金」が５．０×１０^－８[１／Ｋ]とし、ＣＦＲＰが－３．０×１０^－７[１／Ｋ]
とする。温度変化は、１０[Ｋ]の上昇とする。

シミュレーションの結果、第１スキン材、第２スキン材およびコア材を「ゼロ熱膨張インバー合金」で製造した場合には、Ｘ方向およびＹ方向の変位は５．０×１０^－５[ｍｍ]で、Ｚ方向の変位は１．０×１０^－５[ｍｍ]になる。コア材をＣＦＲＰ製にした場合は、Ｘ方向の変位は４．９２×１０^－５[ｍｍ]で、Ｙ方向の変位は５．１６×１０^－５[ｍｍ]で、Ｚ方向の変位は－８．２８×１０^－５[ｍｍ]になる。コア材をＣＦＲＰ製にした場合は波打つような変形をするので、最も変位が大きい箇所での変位量を計測した。このシミュレーション結果は、第１スキン材および第２スキン材を「ゼロ熱膨張インバー合金」で製造する場合には、コア材をＣＦＲＰで製造した場合でもスキン材に平行な面内での熱膨張係数は、コア材も「ゼロ熱膨張インバー合金」で製造した場合と同程度になることを示している。

反射鏡を有する光学機器とは異なる光学機器を支持する場合にも、低膨張金属性のハニカムサンドイッチパネルを適用できる。

光学装置５０では、構造部材２が反射鏡１の被支持部４を、３本の第１支持部材９および第２支持部材１０により支持する。３本の第１支持部材９および第２支持部材１０による３点支持になり、過拘束にすることなく、構造部材２は反射鏡１を支持できる。被支持部４を３個の被支持面５で、光軸ＬＸに関して点対称に支持する。第１支持部材９および第２支持部材１０は中心面ＣＳに関して面対称に、被支持部４を支持する。そのため、温度変化により反射鏡１が光軸ＬＸを中心に点対称に膨脹または収縮することを、第１支持部材９および第２支持部材１０、または、構造部材２が妨げることがない。また、熱膨張係数に差があるため、第１支持部材９および構造部材２が反射鏡１に対して膨脹または収縮する場合でも、第１支持部材９および第２支持部材１０が同様に膨張または収縮するので、反射鏡１に作用する応力は、３点で光軸ＬＸに対して点対称になる。

さらに、３点のそれぞれを通る中心面ＣＳに関して面対称になるので、反射鏡１に作用する応力は、中心面ＣＳ上に存在する。３個の第１支持部材９および第２支持部材１０により加えられる応力の大きさは同じになる。その結果、構造部材２の膨脹または収縮により、反射鏡１が第１支持部材９および第２支持部材１０で支持される位置は、変化しない。構造部材２の膨脹または収縮により、反射鏡１が膨脹または収縮する場合には、反射鏡１が光軸ＬＸを中心に点対称に膨脹または収縮する。

被支持部４は、反射鏡１の光軸ＬＸに近い位置に存在する。そのため、温度変化による膨脹または収縮があっても、被支持部４を支持する第１支持部材９および第２支持部材１０の膨脹量または収縮量を、被支持部４が反射鏡１の外縁近くで支持する場合よりも小さくできる。そのため、反射鏡１、第１支持部材９および第２支持部材１０に加えられる膨脹または収縮による応力も小さくなる。構造部材２、第１支持部材９および第２支持部材１０を低膨張金属製とすることで、膨張量または収縮量をさらに小さくでき、応力も小さくできる。被支持部４に作用する応力が変化しても、応力は近接した３点に作用するので、応力は反射鏡１の反射面３の鏡面の精度に影響を与えない。このように、光学装置５０では、反射鏡１と構造部材２の間での熱膨張係数の相対的な差に対応できる。

被支持面は、反射鏡１の光軸ＬＸに対して平行でなくてもよい。被支持面は、平面でなくてもよい。被支持面に、突起や窪みを設けてもよい。被支持面が光軸ＬＸの回りに１２０度の回転対称性を有して設けられていればよい。

光学装置５０を含む光学望遠鏡は、人工衛星に搭載されて使用することができる。光学望遠鏡を搭載した人工衛星を打ち上げる際には、加速度が光学望遠鏡などに加えられる。
第１支持部材９および第２支持部材１０は、加速度が加えられる状況でも反射鏡１を支持できる。打ち上げ時には、反射鏡１は、移動する方向に光軸ＬＸが平行になる姿勢である。つまり、打ち上げ時の加速度は、反射鏡１の光軸ＬＸに平行な方向に発生する。第１支持部材９の第１ビーム部９Ｂは、加速度が発生する方向に直角であり、加速度に対する応力を第１ビーム部９Ｂが発生することができる。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る人工衛星、すなわち、実施の形態２に係る光学装置を搭載した人工衛星を、図１８から図２０を参照して説明する。ここでいう光学装置は、例えば実施の形態１に係る光学装置である。図１８は、実施の形態２に係る光学装置を搭載した人工衛星の正面図である。図１９は、光学装置と人工衛星とが接続する部分の拡大図である。図２０は、光学装置の内部構成を説明する概念的な断面図である。なお、実施の形態１に係る鏡支持機構（光学装置）は、光学望遠鏡３２の望遠鏡構造の傾動機構という部分にある。傾動機構は主鏡を２軸周りに回転させて太陽面をスキャンする目的で設置される部材である。

人工衛星３０は、衛星本体３１と光学望遠鏡３２とを有する。光学望遠鏡３２は、観測精度に影響する部分は熱膨張係数が低くなるように考慮して製造している。衛星本体３１は、熱膨張に関して特別な考慮はしないで製造する。衛星本体３１は、光学望遠鏡３２を搭載するための接続パネル部３３を有する。接続パネル部３３は、平面の板状部材である。接続パネル部３３は、アルミニウムなどの金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルを使用して製造する。

光学望遠鏡３２は、衛星本体３１から遠い側に円形の入射口３４（図２０に図示）を配置し、衛星本体３１に近い側に反射鏡１を配置する構造である。ここで、光学望遠鏡３２に関して、入射口３４が存在する側を先端側と呼び、衛星本体１と接続する側を基部側と呼ぶ。光学望遠鏡３２は、大きく分けて、台座部３５と鏡筒部３６とで構成される。台座部３５は、基部側に存在して、接続パネル部３３に接続する。台座部３５には、反射鏡１が設置される。鏡筒部３６は、観測光が通る光路４２（図２０に図示）を囲む部材である。鏡筒部３６は、基部側で台座部３５に接続する。

台座部３５は、中心に貫通穴を有する円盤状の形状である。貫通穴には、観測した画像を衛星本体３１の内部に配置された記憶装置に送る配線や、光学望遠鏡３２を制御するための信号を伝える信号線などが通る。台座部３５は、低膨張金属製のハニカムサンドイッチパネルを使用して製造する。台座部３５に、反射鏡１の支持部材を固定する。反射鏡１は、光軸が向く方向が変更可能に支持部材に支持される。

鏡筒部３６は、台座部３５に垂直に接続する。鏡筒部３６は、鏡筒基部３７、鏡筒中間部３８、機器保持部３９および光路円筒部４０を有する。鏡筒基部３７の形状は、幅に対して高さが低い角筒である。鏡筒基部３７の断面の形状は、正八角形である。鏡筒基部３７は、台座部３５に固定される。鏡筒基部３７は、反射鏡１をその内部に収納する。鏡筒基部３７は、先端側にフランジを有する。鏡筒基部３７は、低膨張金属製のハニカムサンドイッチパネルを使用して製造する。

鏡筒中間部３８の基部側は、フランジを有する正八角形の角筒である。鏡筒中間部３８の先端側は、角筒の上側の半分だけの形状である。図１８に示すように、鏡筒中間部３８の図における下側および先端側には、光路円筒部４０が接続する。光路円筒部４０の先端側は、円筒である。円筒の先端側の開口が、入射口３４である。光路円筒部４０の基部側は、上側に鏡筒中間部３８が接続できるように、下半分だけの円筒状である。鏡筒中間部３８と光路円筒部４０とは、間に隙間が発生しないように接合する。鏡筒中間部３８の上部の先端側には、機器保持部３９が接続する。機器保持部３９は、光路円筒部４０の上側かつ鏡筒中間部３８の先端側に存在する。機器保持部３９は、光学機器を保持する。鏡筒中間部３８および機器保持部３９は、低膨張金属製のハニカムサンドイッチパネルを使用して製造する。光路円筒部４０は、アルミニウムで製造する。

鏡筒基部３７、鏡筒中間部３８、機器保持部３９および光路円筒部４０は、台座部３５と接合することで、入射口３４だけから観測光が入る閉空間を形成する。鏡筒の内部の閉空間に、光学機器が配置される。図２０では、観測光を分光するスリット４１だけを示す。カメラなどの光学機器も、鏡筒の内部に配置される。入射口３４から鏡筒部の内部に入った光は、反射鏡１で反射される。反射鏡１で反射された光は、スリット４１で分光される。分光された特定波長の光が図示しないカメラに入り、観測対象の画像をカメラが撮影する。

光路４２は、入射口３４からスリット４１までの光がたどる経路である。図２０に、光路４２を一点鎖線で示す。光学望遠鏡では、温度によらず光路４２が変化しないことが望ましい。光学望遠鏡３２では、台座部３５、鏡筒基部３７、鏡筒中間部３８および機器保持部３９を、１．０×１０^－７[１／Ｋ]よりも絶対値が小さい熱膨張係数を有する低膨張金属で製造したハニカムサンドイッチパネルまたは低膨張金属で製造した部材を使用して製造している。そのため、反射鏡１とスリット４１の相対的な位置関係の変化は、温度変化がある場合でも小さく抑えることができる。その結果、光学望遠鏡３２の焦点位置は、温度変化がある場合でもその変化が許容できる範囲内に抑えることができる。スリット４１以外の光学機器の反射鏡１に対する位置も、温度変化がある場合でも変化が許容できる範囲内に抑えることができる。

その結果、観測で得られる画像の変化が、温度変化がある場合でも小さくできる。熱膨張係数が大きい素材で、反射鏡１やスリット４１などの光学機器を支持する構造部材を製造する場合は、温度変化に対して光学機器の間の距離が変化して、焦点位置がずれる場合がある。焦点位置がずれると、例えばカメラで撮影する画像が不鮮明なものになる。熱膨張係数が大きい素材を使用する場合には、焦点位置を変化させないために、大きなストロークを有する調整機構などが別途、必要となる場合がある。ハニカムサンドイッチパネルなので、軽量にでき、人工衛星３０を宇宙空間に打ち上げる際に必要なエネルギー量を小さくできる。

光学装置である光学望遠鏡３２は、複数の光学機器と、光学機器を支持する構造部材を有する。反射鏡１とスリット４１が光学機器の例である。台座部３５は、構造部材２を支持する構造部材である。構造部材２は、反射鏡１を支持する構造部材である。例えば、実施の形態１で説明したように、光を反射する反射面３の反対側の面である背面に設けられて、光軸の回りに１２０度の回転対称性を有して配置されて設けられた３個の被支持面５を有する被支持部４を有する反射鏡１を支持する鏡支持機構において、第１支持部材９に形成された鏡支持部９Ａで被支持面５を支持し、第２支持部材１０に形成された支持部１０Ａで第１支持部材９に接続し、第２支持部材１０に形成された接続部１０Ｃで反射鏡１の背面の側に存在する構造部材２に接続されるものが好適である。

鏡筒部３６は、観測光が通る経路である光路を囲み台座部３５と接続された、スリット４１を支持する構造部材である。図には示していないが、鏡筒部３６はスリット４１の他にも光学機器を支持する。構造部材２、台座部３５および鏡筒部３６を、低膨張金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルを含んで構成している。反射鏡１とスリット４１を結ぶ構造部材を通る経路は、低膨張金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルあるいは低膨張金属で製造された構造部材だけである。そのため、反射鏡１とスリット４１との間の相対的な位置関係の変化を、温度変化に対して許容できる範囲以内にできる。光学機器の間の経路に、低膨張金属以外の素材で製造された構造部材が存在してもよい。

光学機器の間の構造部材を通る経路において、低膨張金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルあるいは低膨張金属された構造部材の割合が決められた下限値以上であればよい。光学装置が３個以上の光学機器を有する場合は、複数の光学機器の中から２個の光学機器を選択するすべての組み合わせに関して、一方の光学機器から他方の光学機器を結ぶ構造部材を通る経路のそれぞれが、経路上の低膨張金属で製造されたハニカムサンドイッチパネルまたは低膨張金属で製造された部分の割合が決められた下限値以上であるようにすればよい。

台座部３５は低膨張金属で製造しており、接続パネル部３３は低膨張金属よりも熱膨張係数が大きい金属で製造している。温度変化で発生する接続パネル部３３と台座部３５の膨脹量あるいは収縮量の差を吸収する構造について説明する。台座部３５は、その中心に対して４５度の回転対称性を持つ支持機構により接続パネル３３に接続する。外形が正八角柱である台座部３５の各外側面の先端側中央には、直方体状の突起４３を設ける。突起４３は、ハニカムサンドイッチパネルで構成される台座部３５の一方の面のスキン材を突出させた部分および台座部３５の側面に、固定される。接続パネル部３３にも、角柱状の突起４４を設ける。１個の突起４３は、その両側の突起４４とそれぞれ１本の円柱状のロッド４５で接続する。１個の突起４３に接続する２本のロッド４５により、突起４３はバイポッド構造（二脚）で支持される。

ロッド４５の一端が固定される突起４３の面は、台座部３５の外側面に垂直な面である。ロッド４５の他端が、突起４４の側面に固定される。ロッド４５の他端が固定される突起４４の側面は、ロッド４５が延在する光軸に平行な平面と直交する。突起４４は、光軸に平行な方向から見ると台形の外形を有する。ロッド４５の他端を、突起４４の上面（突起４３が存在する側の面）に固定してもよい。台座部３５と接続パネル部３３とは、ロッド４５でだけ接続する。台座部３５と接続パネル部３３の間には、空間が存在する。

８個の突起４３のそれぞれは、２本のロッド４５により隣接する突起４４と接続する。
ロッド４５は、全部で１６本になる。１６本のロッド４５、８個の突起４３および８個の突起４４は、衛星本体３１に対する光学望遠鏡３２の位置が温度変化によって変化することを許容して光学望遠鏡３２を衛星本体３１に接続する光学機器接続部を構成する。ロッド４５による方法以外で、衛星本体３１に対する光学望遠鏡３２の位置が温度変化によって変化することを許容して光学望遠鏡３２を衛星本体３１に接続してもよい。

ロッド４５の両端部には、直径が細くなる縮径部４６を設けている。縮径部４６で挟まれるロッド４５の部分を本体部と呼ぶ。両側の縮径部４６は、同じ形状である。縮径部４６では、ロッド４５の軸方向に垂直な断面は同心な円形のまま、端部に向かって直径だけが小さくなる。縮径部４６は、直径が最小となる点を過ぎると、ロッド４５の端部に近づくにつれて直径が大きくなる。縮径部４６を設けているので、ロッド４５と突起４３の接続角度、ロッド４５と突起４４との接続角度が変化できる。つまり、ロッド４５により、ロッドの接続角度が変化可能であるトラス構造を構成できる。１６本のロッド４５は、トラスを構成する。ロッドの数は、１６本より多くても少なくてもよい。鏡筒部の断面は八角形でなくてもよい。

温度変化がある場合でも台座部３５と接続パネル３３との間に空間ができるように、ロッド４５の長さは適切な長さにする。台座部３５、接続パネル３３、突起４３および突起４４には、温度変化に対して変形しないように、必要十分な強度を持たせる。ロッド４５の縮径部４６は、温度変化があると本体部に対して微小に曲がる。曲がっても破損しないように、ロッド４５の材質や形状は必要十分な強度が得られるように製造する。

宇宙空間で太陽光が照射されるなどして熱が与えられて温度が上昇すると、接続パネル３３が台座部３５よりも大きく膨張する。ロッド４５の縮径部４６で微小に曲がり、ロッド４５の本体部の接続パネル３３に対する角度が小さくなる。温度が低下すると、接続パネル３３が台座部３５よりも大きく収縮する。ロッド４５の縮径部４６で温度が上昇する場合と反対方向に微小に曲がり、ロッド４５の本体部の接続パネル３３に対する角度が大きくなる。このようにして、ロッド４５が、接続パネル部３３と台座部３５との熱膨張率の差による膨脹量あるいは収縮量の差を吸収する。

なお、ロッド４５が、接続パネル３３と同じか少し小さい熱膨張係数を有する材質で製造されている場合は、ロッド４５自体が伸縮するので、ロッド４５の縮径部４６での曲がり角度の変化を、ロッド４５が低膨張金属製である場合よりも小さくできる。

光学機器を支持する構造部材を、低膨張金属で製造したハニカムサンドイッチパネルまたは低膨張金属を加工した部材で製造することで、ＣＦＲＰを使用する場合よりも温度変化に対する光学機器間の相対位置の変化量を小さくできる。光学望遠鏡などの光学装置において、温度変化があっても観測性能の変化が小さくできる。また、構造部材の熱膨張係数の絶対値が大きい場合に光学装置で必要である、温度変化による光学機器間の相対位置の変化を観測精度に影響を与えないようにする機構、例えば焦点位置調整機構などを、光学装置が備えなくてもよくなる。

各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。

５０ 光学装置

１ 反射鏡（光学機器）
２ 構造部材（鏡支持部材）
２Ａ 固定部
３ 反射面
４ 被支持部
５ 被支持面
６ 支持基板部（本体部）
７ 軸受部
８ 支持開口部
９ 第１支持部材
９Ａ 鏡支持部
９Ｂ 第１ビーム部
１０ 第２支持部材
１０Ａ 支持部
１０Ｂ 第２ビーム部
１０Ｃ 接続部
１１ 軸保持穴
１２ Ｙ軸部材
１３ 円筒面
１４ Ｘ軸回転部材
１５ Ｘ軸部材
１６ 鏡基底部材

２０ ハニカムサンドイッチパネル
２１ 第１スキン材
２２ コア材
２３ 第２スキン材

３０ 人工衛星
３１ 衛星本体
３２ 光学望遠鏡（光学装置）
３３ 接続パネル部
３４ 入射口
３５ 台座部（構造部材）
３６ 鏡筒部（構造部材）
３７ 鏡筒基部
３８ 鏡筒中間部
３９ 機器保持部
４０ 光路円筒部
４１ スリット（光学機器）
４２ 光路
４３ 突起（光学機器接続部）
４４ 突起（人工衛星接続部）
４５ ロッド（光学機器接続部）
４６ 縮径部

ＬＸ 光軸
ＣＳ 中心面。

Claims (24)

1. 光を反射する反射面と、前記反射面の反対側の面である背面に設けられた被支持部とを有する反射鏡の前記被支持部に、光軸の回りに１２０度の回転対称性を有して配置されて設けられた３個の被支持面のそれぞれと接触して前記被支持面を支持する鏡支持部と、前記鏡支持部の両側に接続された第１ビーム部とを有し、それぞれが前記光軸の方向から見て１個の直線状または折れ線状に配置された、３個の第１支持部材と、
   隣接する２個の前記第１ビーム部の前記鏡支持部が接続しない側の端が接続された支持部と、前記支持部の両側に接続され、前記支持部が接続しない側の端が前記反射鏡の前記背面の側に存在する構造部材に支持される第２ビーム部とを有し、それぞれが前記光軸の方向から見て１個の直線状または折れ線状に配置された、３個の第２支持部材とを備えた鏡支持機構。
2. 前記構造部材に設けられた３個の固定部にそれぞれ接続され、隣接する２個の前記第２ビーム部の前記支持部が接続しない側の端が接続された３個の接続部をさらに備えた請求項１に記載の鏡支持機構。
3. 各前記接続部は同じ長さである請求項２に記載の鏡支持機構。
4. 各前記第２ビーム部は同じ長さである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
5. 各前記第２ビーム部は同じ長さであり、
   前記第２ビーム部の長さは前記接続部の長さよりも長い、請求項３に記載の鏡支持機構。
6. 前記第１支持部材は板材が接続した形状であり、
   前記第２支持部材は板材が接続した形状であり、
   前記鏡支持部の板厚は、前記鏡支持部と接続する部分での前記第１支持部材の板厚よりも厚く、
   前記支持部の板厚は、前記支持部と接続する部分での前記第２支持部材の板厚よりも厚く、
   前記接続部の板厚は、前記接続部と接続する部分での前記第２支持部材の板厚よりも厚い請求項２、請求項３、請求項５のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
7. 各鏡支持部は同じ長さであり、かつ各前記第１ビーム部は同じ長さであり、かつ各前記支持部は同じ長さである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
8. 前記第１ビーム部の長さは前記支持部の長さよりも長い、請求項７に記載の鏡支持機構。
9. ３個の前記第１支持部材および３個の前記支持部を前記光軸の方向から見た外形は、第１の六角形状である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
10. 前記第１の六角形状では、すべての内角が同じ角度である、請求項９に記載の鏡支持機構。
11. ３個の前記第１支持部材を前記光軸の方向から見た外形は、第２の六角形状である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
12. 前記第２の六角形状では、すべての内角が同じ角度である六角形状である、請求項１１に記載の鏡支持機構。
13. 光を反射する反射面と、前記反射面の反対側の面である背面に設けられて、光軸の回りに１２０度の回転対称性を有して配置された３個の被支持面を有する被支持部とを有する反射鏡を支持する鏡支持機構において、
    前記光軸に垂直な平面である光軸垂直平面において第１の長さの辺と第２の長さの辺とが交互に隣接する六角形状の外形を有し、各前記第１の長さの辺の中央部に形成された鏡支持部で前記被支持面と接触して前記被支持面を支持する３個の第１支持部材と、
    前記光軸垂直平面において第３の長さの辺と第４の長さの辺とが交互に隣接する六角形状の外形を有し、各前記第３の長さの辺の中央部に形成された支持部が前記第１支持部材の前記第２の長さの辺に接続して前記第１支持部材を支持し、各前記第４の長さの辺に形成された３個の接続部が前記反射鏡の前記背面の側に存在する構造部材に接続される第２支持部材とを備えた鏡支持機構。
14. 前記第１支持部材は、一端が前記鏡支持部に接続され、他端が前記支持部に接続された第１ビーム部を備え、
    前記第２支持部材は、一端が前記支持部に接続され、他端が前記接続部に接続された第２ビーム部を備えた請求項１３に記載の鏡支持機構。
15. 前記被支持部は、外形が円筒状の突起である請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
16. 前記被支持面は、前記光軸に平行な平面である請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
17. 前記構造部材をさらに備えた請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
18. 前記第２支持部材は前記構造部材と一体に形成された請求項１７に記載の鏡支持機構。
19. 前記第１支持部材および第２支持部材は一体に形成された請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
20. 前記構造部材は、前記被支持部が入る穴を有する請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
21. 前記第１支持部材は、前記鏡支持部が前記反射鏡の径方向に移動可能な構造を有し、
    前記第２支持部材は、前記支持部が前記反射鏡の径方向に移動可能な構造を有する請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の鏡支持機構。
22. 請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の鏡支持機構と、前記反射鏡とを備えた光学装置。
23. 前記被支持部は、外形が円筒状の突起である請求項２２に記載の光学装置。
24. 前記被支持面は、前記突起に形成され、前記光軸に平行な平面である請求項２３に記載の光学装置。

Images