JPH07307703A

JPH07307703A - 光空間通信装置および光空間通信装置用のミラー駆動機構

Info

Publication number: JPH07307703A
Application number: JP6097496A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kashiwase; 俊夫柏瀬; Katsuhiko Yamada; 克彦山田; Koji Naemura; 康次苗村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】人工衛星、航空機等の移動体相互間、または
移動体と地上局間の光空間通信装置の小型軽量化、高信
頼化、および高精度化を実現する。【構成】制御系については、エンコーダ信号でフィー
ドバック制御された粗捕捉系にＣＣＤ信号を指令値とし
て与え制御帯域の劣化を防いだ。また、精粗協調制御系
の採用により捕捉速度の向上、相互干渉の抑制、制御精
度の向上を図った。ミラー駆動機構については、マウン
トプレートの裏側に２軸用アクチュエータとジンバル角
センサを配置して小型軽量化を図り、揺動部重心をジン
バル軸に一致させ振動外乱に起因する精度劣化を軽減
し、さらに、ロンチロックには特異点リンク機構を用い
て小型、高保持力化を図った。光学部品の冗長系につい
ては、故障、寿命等の危険性がある光学部品の予備系へ
の切り換えを除去機構によりアライメント精度を損なう
ことなく可能にし、より信頼性を向上させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば人工衛星、航
空機等の移動体相互間、または、移動体と地上局間の光
空間通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２４は例えば特開平２-２６８０３４
号公報に示された従来の光空間通信装置を示す構成図で
あり、図において、８１はプロセッサ、８２はコントロ
ーラＡ、２は粗捕捉追尾機構、１は送受信望遠鏡、８３
はビームスプリッタＡ、８４は収束レンズＡ、４はＣＣ
Ｄを用いたポインティングセンサ、１８は精捕捉追尾用
ミラー、８５はダイクロイックミラー、８６はビームス
プリッタＢ、８７は収束レンズＢ、５は４象限検出器を
用いたトラッキングセンサ、８８はコントローラＢ、３
は精捕捉追尾機構、８は通信用レーザ光源、８９は収束
レンズＣ、６は通信用受光器である。

【０００３】次に静止軌道上を運行する二つの人工衛星
間での双方向のレーザ通信を例にして動作について説明
する。まず、自局衛星と通信すべき相手局衛星の軌道は
既に計算されておりこの軌道データを二つの衛星はデー
タベースとして所有している。自局衛星では上記軌道デ
ータをもとにプロセッサ８１からコントローラＡ８２を
介して粗捕捉追尾機構２へ制御信号を送る。この制御信
号によりレーザ通信装置は相手局衛星の位置する方向へ
向けられる。同様な動作が相手局衛星でも行われ、相手
局衛星に搭載されているレーザ通信装置は自局衛星の位
置する方向へ向けられる。

【０００４】この状態で相手局衛星より初期捕捉を目的
とした広がり角の大きなレーザビームが射出される。こ
のレーザビームは宇宙空間を伝搬し、自局衛星まで到達
し送受信望遠鏡１を通過し、ビームスプリッタＡ８３に
よって一部反射され収束レンズＡ８４を介し、ポインテ
ィングセンサ４へと導かれ、ポインティングセンサ４面
上にレーザビームの点像を形成し、相手局衛星より到来
したレーザビームに対する自局衛星のレーザ通信装置光
軸の角度ずれが検出される。この誤差信号がプロセッサ
８１へと送られ、コントローラＡ８２を介し粗捕捉追尾
機構２によってレーザ通信装置がそれぞれアジマス、エ
レベーション方向に駆動される。相手局衛星より到来し
たレーザビームに対して自局衛星のレーザ通信装置光軸
が一致した段階で初期捕捉が完了する。この場合、捕捉
の精度は通常、数十マイクロラジアン程度の値となる。

【０００５】初期捕捉完了後、精捕捉へと移行する。精
捕捉はビームスプリッタＡ８３を通過したレーザビーム
によって行われる。即ち、ビームスプリッタＡ８３を通
過したレーザビームは精捕捉追尾用ミラー１８、ダイク
ロイックミラー８５によって順次反射されビームスプリ
ッタＢ８６によって反射され収束レンズＢ８７を介しト
ラッキングセンサ５へと導かれ、トラッキングセンサ５
面上にレーザビームの点像を形成し、相手局衛星より到
来したレーザビームに対する自局衛星のレーザ通信装置
光軸の角度ずれが検出される。この誤差信号がプロセッ
サ８１へと送られ、コントローラＢ８８を介し精捕捉追
尾機構３によって精捕捉追尾用ミラー１８がそれぞれア
ジマス、エレベーション方向に駆動される。初期捕捉同
様、上記光軸が一致した段階で精捕捉が完了する。この
場合の捕捉の精度は通常１マイクロラジアン未満であ
る。

【０００６】精捕捉完了後、精追尾の状態へと移行す
る。精追尾に移行した時点で自局衛星の通信用レーザ光
源８からレーザビームが射出される。このレーザビーム
の射出方向はレーザビームが自局衛星から相手局衛星ま
で到達する間に相手衛星との相対位置が移動することを
考慮した光行差角度補正がなされ、ダイクロイックミラ
ー８５、精捕捉追尾用ミラー１８、ビームスプリッタＡ
８３、送受信望遠鏡１を順次介し、自局衛星より数マイ
クロラジアンの広がり角をもつレーザビームとして射出
される。

【０００７】この射出されたレーザビームは宇宙空間を
伝搬し、相手局衛星まで到達し、相手局衛星により上記
と同じ手順で初期捕捉、精捕捉が行われ精追尾の状態へ
移行する。この精追尾が成立した時点で相手局衛星から
射出されるレーザビームは初期捕捉を目的とした広がり
角の大きなものから通信を目的とした広がり角の狭いも
のへと切り換えられる。

【０００８】ここで衛星間の通信が開始される。即ち、
相手局衛星より射出されたレーザビームは自局衛星内の
送受信望遠鏡１、ビームスプリッタＡ８３、精捕捉追尾
用ミラー１８、ダイクロイックミラー８５、ビームスプ
リッタＢ８６、収束レンズＣ８９を介し通信用受光器６
に入射し、電気信号へと変換される。

【０００９】次に、精捕捉追尾機構等に用いられるミラ
ー駆動機構の従来技術について述べる。図２５は、特開
平３-２６４９１１号公報に示された従来の精捕捉追尾
機構として用いられる光ビーム制御用ミラー駆動機構を
示す分解斜視図であり、図において、９０はジンバルの
固定台であり、中央に開口部９０ａを有する。９１は最
上部のＸ軸ジンバル、９２ａはＸ軸ジンバル９１を支持
する無摩擦軸受・駆動部であり、これは弾性ピボット９
３ａとコイル９４ａから構成されている。このコイル９
４ａはＸ軸ジンバル９１に取り付けられた永久磁石とヨ
ークからなる磁気回路９５ａと組み合わされてジンバル
の固定台９０に対するＸ軸回りの駆動力を発生する。９
６はＹ軸ジンバルであり、同様の機構すなわち無摩擦軸
受・駆動部９２ｂ、弾性ピボット９３ｂ、コイル９４
ｂ、および磁気回路９５ｂによりＸ軸ジンバル９１から
懸垂され、かつ、Ｘ軸ジンバルに対するＹ軸回りの駆動
力を発生する。光ビーム制御用の精捕捉追尾用ミラー１
８は、Ｙ軸ジンバル９６の裏面に取り付けられている。

【００１０】次に、ミラー駆動機構の揺動部すなわち可
動部を運用開始時まで格納状態に拘束する従来技術につ
いて述べる。従来の光空間通信装置では、例えば特開平
３-２６４９１１号公報に記載のように、精捕捉追尾機
構の可動部は、アクチュエータにより一軸回りに回転で
きるステージすなわちＸ軸ジンバル９１上に設けたアク
チュエータで前記ステージ９１と直角方向の回転が可能
なように支持されたステージすなわちＹ軸ジンバル９６
を駆動し、そのステージ９６上に精捕捉追尾用ミラー１
８を設置している。このように構成されたものを運用開
始時まで格納状態に拘束するときには、２段のステージ
９１、９６を個々に拘束する必要があり、２段のステー
ジは互いに直交する軸周りに変位するため、互いに直交
する方向に拘束する構造になっている。すなわち各ステ
ージ９１、９６は、例えばワイヤ−係止による拘束状態
から、分離機構によってワイヤーを切断して、拘束状態
を解除する機構になっている。打ち上げ時の過渡的な振
動に対してステージ９１、９６の運動を拘束するには、
拘束部でステージの運動を抑えるに十分な保持力を作用
させる必要があり、ワイヤー係止時にはワイヤーにより
前記保持力を加える必要がある。

【００１１】さらに、捕捉追尾に関する従来技術につい
て述べる。図２６は、特開平２―２４２１１４号公報に
示された従来の光空間通信装置の捕捉追尾制御系のブロ
ック図である。図において、９７は指令値偏差に対する
補償器、９８はポインティング機構、９９はトラッキン
グ機構、１００はポインティング機構またはトラッキン
グ機構の駆動角を検出するエンコーダ、１０１はトラッ
キングセンサとしての４象限検出器、１０２はポインテ
ィングセンサとしての２次元ＣＣＤ、１０３は捕捉また
は追尾に切り替えるモード選択器、１０４は切り替えス
イッチである。

【００１２】次に動作について説明する。初期捕捉時に
は切り替えスイッチ１０４が初期捕捉モードに切り替え
られているので、指令値と実際の方位との方位誤差は補
償器９７を経由した後、ポインティング機構９８を駆動
する。このポインティング機構９８の駆動角をエンコー
ダ１００で検出し、それをフィードバックすることによ
り指令した方位に光空間通信装置を向ける。そして相手
局からの光がポインティングセンサ１０２で受光できる
とモード選択器１０３は切り替えスイッチ１０４を捕捉
（ポインティング）モードに切り替え、ポインティング
センサ１０２の信号でポインティング機構９８は駆動さ
れる。さらに相手局からの光をトラッキングセンサ１０
１が受光すると、モード選択器１０３はトラッキングセ
ンサ１０１の信号を選択するとともに切り替えスイッチ
１０４を追尾（トラッキング）モードに切り替える。ト
ラッキングセンサ１０１の信号は補償器９７を通してト
ラッキング機構９９を駆動し、相手局に対する追尾制御
が達成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光空間通信装置
は以上のように構成されているので、高精度、高信頼性
が要求される光空間通信を実現する上で以下に記すよう
な多くの問題点があった。

【００１４】まず、捕捉追尾技術に関する問題点を示
す。ポインティングセンサ１０２のサンプリングレート
が高くとれない場合には、捕捉（ポインティング）機構
の補償器９７の制御ゲインを低くせざるをえず、高精度
の捕捉制御を達成できないという問題点があった。また
ポインティングセンサ１０２の信号で追尾（トラッキン
グ）機構９９は駆動されないので、ポインティングセン
サ信号に対する高速の追従は困難であり、相手局からの
光の動きが速くポインティングセンサ１０２の受光時間
が限られているような場合には相手局の捕捉に失敗する
可能性があった。さらにポインティング機構９８とトラ
ッキング機構９９はモードごとに独立に駆動されるの
で、トラッキング機構９９がその駆動範囲を超えてしま
うような場合にも、ポインティング機構９８でそれを補
償できるような構成になっていないという問題点があっ
た。

【００１５】次に、精捕捉追尾機構等に用いられるミラ
ー駆動機構に関する問題点を示す。Ｘ軸ジンバルとＹ軸
ジンバルの２段のジンバルを持つため、小型化が困難で
ある。また、運用時も、Ｘ軸ジンバル９１とＹ軸ジンバ
ル９６のそれぞれが大きな質量を持っており、しかも、
各々のジンバルの重心位置とＸ軸ピボットとＹ軸ピボッ
トを同時に一致させることができないため、衛星本体等
から伝達してくる振動外乱に起因する制御誤差を生じや
すい。無摩擦軸受・駆動部９２がジンバルトルクを発生
するためのアーム長がコイル９４と磁気回路９５のサイ
ズの制約を受けるので、大きなジンバルトルクを発生す
ることが困難である。相手局からのレーザビームがない
場合、トラッキングセンサ５が使用不能であるため、精
捕捉追尾機構を制御するためのフィードバック信号が得
られず、制御できない。さらに、人工衛星等に搭載する
光空間通信装置では、打ち上げ時の衝撃荷重に耐えるよ
うにするためには、２段のジンバルステージ９１、９６
それぞれの運動を規制する固定治具が必要であり、固定
治具が大型化し、かつ、構造が複雑になるなどの問題が
あった。

【００１６】さらに、このミラー駆動機構の固定治具に
関しては以下の問題があった。保持力に比例した拘束力
をロック機構部に与える構造になっているので、ワイヤ
ーで拘束力を抑える場合保持力に比例した力をワイヤー
に与える必要があり、ワイヤーおよびその支持構造が大
型化したり、ワイヤー切断に大きな力が必要になる。ワ
イヤー切断には火薬爆発力を利用することが多く、ワイ
ヤー切断に大きな力が必要になると、切断の際の衝撃力
が大きくなり、周辺の機器に影響を与えることが避けら
れない。また、アクチュエータの駆動により固定治具を
解放する機構では、拘束力を超える力をアクチュエータ
に与える必要があり、アクチュエータおよびその支持構
造が大型化するなどの問題があった。

【００１７】次に、光学部品の配置に関する問題点を示
す。通信用レーザ光源８などの光学部品を冗長配置して
いない、すなわち予備が無いため、これらの部品の故
障、性能劣化が光空間通信装置全体の故障、性能劣化に
直結してしまうという問題があった。レーザ光源８等の
送信素子の場合、ハーフミラーを用いて複数の送信素子
からの光ビームの合成をすることで冗長系の構成は可能
であるが、ハーフミラー通過により光量ロスが大きくな
る問題点があった。また、通信用受光器６等の受光素子
の場合もハーフミラーを用いて複数の受光素子への分配
による冗長系の構成が可能であるが、やはりハーフミラ
ー通過により光量ロスが大きくなる問題点があった。

【００１８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものである。まず、ポインティングセン
サの信号が低いサンプリングレートでしか得られない場
合にも、粗捕捉制御系の制御精度を向上させることを目
的としている。

【００１９】また、相手局からの光に対する追従精度と
追従速度を高めて、相手局からの光の動きが速くポイン
ティングセンサの受光時間が限られているような場合に
も確実に相手局を捕捉できる捕捉制御系を得ることを目
的としている。

【００２０】また、駆動範囲の狭い精捕捉追尾機構にお
いても駆動範囲内で確実に追尾を行えるような捕捉追尾
制御系を得ることを目的としている。

【００２１】さらに、全体寸法が小さく、軽量で、ミラ
ーを取り付けるマウントプレートの２軸のジンバル角を
検出する機能を有し、衛星本体から伝達してくる振動外
乱に起因する制御誤差を小さくすることができるミラー
駆動機構を提供することを目的とする。

【００２２】また、大きなジンバルトルクを発生できる
ミラー駆動機構を提供することを目的とする。

【００２３】また、小型で信頼性の高い固定治具を有す
るミラー駆動機構を提供することを目的とする。

【００２４】さらに、通信用レーザ光源などの故障や性
能劣化等を起こしやすい光学部品を遠隔操作でアライメ
ント精度を劣化させることなく交換でき、高い信頼性を
有する光空間通信装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る光空間通信装置は、粗捕捉追尾機構により受光部を相
手局に大まかに向けると共に精捕捉追尾機構により上記
受光部を相手局に高精度に向けるように構成する光空間
通信装置において、上記粗捕捉追尾機構のジンバル角を
検出する粗捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相手局と
の相対誤差を検出するポインティングセンサと、このポ
インティングセンサ信号と上記粗捕捉追尾機構ジンバル
角センサ信号を加算して目標値を生成する加算器とを備
え、上記加算器の出力を目標値とし上記粗捕捉追尾機構
ジンバル角をフィードバックして上記粗捕捉追尾機構を
相手局の方向に駆動するものである。

【００２６】請求項２記載の発明に係る光空間通信装置
は、粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に大まかに向
けると共に精捕捉追尾機構により上記受光部を相手局に
高精度に向けるように構成する光空間通信装置におい
て、上記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉
追尾機構ジンバル角センサと、上記精捕捉追尾機構のジ
ンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角センサ
と、相手局との相対誤差を検出するポインティングセン
サと、このポインティングセンサ信号と上記粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサ信号を加算して目標値を生成する
加算器とを備え、上記加算器の出力を時定数の比較的長
い粗捕捉用フィルタに通した出力を目標値とし上記粗捕
捉追尾機構ジンバル角をフィードバックして上記粗捕捉
追尾機構を相手局の方向に駆動すると共に、上記ポイン
ティングセンサ信号をリミッタと上記粗捕捉用フィルタ
より時定数の短い精捕捉用フィルタに通した出力を目標
値とし上記精捕捉追尾機構ジンバル角をフィードバック
して上記精捕捉追尾機構を相手局の方向に駆動するもの
である。

【００２７】請求項３記載の発明に係る光空間通信装置
は、粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に大まかに向
けると共に精捕捉追尾機構により上記受光部を相手局に
高精度に向けるように構成する光空間通信装置におい
て、粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾
機構ジンバル角センサと、精捕捉追尾機構のジンバル角
を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相手局
との相対誤差を広い範囲で検出するポインティングセン
サと、相手局との相対誤差を上記ポインティングセンサ
より高精度かつ高周波数で検出するトラッキングセンサ
と、上記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ信号と上記精
捕捉追尾機構ジンバル角センサ信号との干渉を抑制して
追尾時に上記精捕捉追尾機構のジンバル角センサ信号で
上記粗捕捉追尾機構を駆動するための精粗協調補償器
と、捕捉時と追尾時の信号の切り替えを行うスイッチと
を備え、上記精捕捉追尾機構は相手局を捕捉する場合に
は上記ポインティングセンサ信号で駆動され、相手局を
追尾する場合には上記トラッキングセンサ信号で駆動さ
れると共に、上記粗捕捉追尾機構は相手局を捕捉する場
合には上記ポインティングセンサ信号で駆動され、相手
局を追尾する場合には上記精捕捉追尾機構のジンバル角
センサ信号で駆動されるものである。

【００２８】請求項４記載の発明に係る光空間通信装置
用のミラー駆動機構は、固定部から揺動可能に支持され
た中間ジンバル部と、この中間ジンバル部から上記中間
ジンバル部の揺動軸と同じ平面内にありかつ直交する揺
動軸を中心に揺動可能に支持されたマウントプレート
と、このマウントプレートを互いに直交する２つの上記
揺動軸回りに揺動させるトルクを発生する複数の電磁ア
クチュエータと、上記マウントプレートの揺動量を検出
する検出器と、上記マウントプレートの反中間ジンバル
部対向面に固定されたミラーと、上記マウントプレート
に固着され上記揺動部全体の重心位置を上記揺動中心に
一致または近付けるためのカウンタウエイトとを備え、
上記ミラーを互いに直交する２つの揺動軸回りに揺動さ
せるように構成したものである。

【００２９】請求項５記載の発明に係る光空間通信装置
用のミラー駆動機構は、請求項４記載のものにおいて、
揺動量検出器は、マウントプレートの反ミラー固定面に
対向配置されて上記マウントプレートとの距離を検出す
る複数の変位センサを備え、上記変位センサの検出量か
ら上記マウントプレートの揺動量を算出するようにした
ものである。

【００３０】請求項６記載の発明に係る光空間通信装置
用のミラー駆動機構は、請求項４または５記載のものに
おいて、電磁アクチュエータは、マウントプレートの反
ミラー固定面に対向配置されるものである。

【００３１】請求項７記載の発明に係る光空間通信装置
用のミラー駆動機構は、請求項４〜６の何れかに記載の
ものにおいて、揺動部に設けたフランジと、このフラン
ジを少なくとも対向する２方向から把持して上記揺動部
を静止状態に保持する第１、第２の把持部と、一端部ど
うしが軸着され上記把持時はほぼ直線状に並ぶ第３、第
４のリンクと、上記第１の把持部と第３のリンク、およ
び第２の把持部と第４のリンクをそれぞれつなぐ第１お
よび第２の接続体とを備え、把持時は上記第３、第４の
リンクをほぼ直線状に保持すると共に、把持解放時は上
記軸着部に上記第３、第４のリンクと直交する方向の力
を加えて上記第３、第４のリンクを軸着部を中心に折り
曲げるように構成したものである。

【００３２】請求項８記載の発明に係る光空間通信装置
用のミラー駆動機構は、請求項７記載のものにおいて、
第３、第４のリンクが把持解放時に折れ曲がる方向と反
対方向に折れ曲がるのを防止する逆回転防止機構を備え
たものである。

【００３３】請求項９記載の発明に係る光空間通信装置
は、光軸上前段に配置された第１の光学部品と、上記光
軸上後段に配置された第２の光学部品と、上記第１の光
学部品を上記光軸上から取り除く除去機構とを備えたも
のである。

【００３４】請求項１０記載の発明に係る光空間通信装
置は、光軸上前段に配置された光路変更用ミラーと、こ
の光路変更用ミラーによって折り返された光軸上に配置
された第１の光学部品と、上記光路変更用ミラーを光軸
上から取り除く除去機構と、上記光路変更用ミラーが光
軸上から取り除かれた状態における上記光軸上後段に配
置された第２の光学部品とを備えたものである。

【００３５】請求項１１記載の発明に係る光空間通信装
置は、請求項９または１０記載のものにおいて、除去機
構は、第１の光学部品または光路変更用ミラーを搭載す
る可倒台と、この可倒台を回動可能に支持する支持部
と、上記可倒台の回動を阻止するロック機構部と、上記
ロックを解放するロック解放力発生部とを備え、上記可
倒台の回動によりロック解放前に配置されていた光軸か
ら上記光学部品または光路変更用ミラーを除去するよう
に構成したものである。

【００３６】

【作用】請求項１記載の発明による光空間通信装置は、
比較的低いサンプルレートで得られるポインティングセ
ンサの信号を加算器によって粗捕捉追尾機構のジンバル
角センサの信号に加え合わせて粗捕捉制御系の目標値と
し、粗捕捉追尾機構のジンバル角をフィードバックして
粗捕捉制御系を構成し、粗捕捉制御系の制御帯域をポイ
ンティングセンサのサンプルレートによらずに広めるこ
とを可能にして粗捕捉制御系の捕捉精度を向上させた。

【００３７】請求項２記載の発明による光空間通信装置
は、ポインティングセンサの信号で粗捕捉追尾機構と精
捕捉追尾機構を同時に駆動し、粗捕捉追尾機構ではポイ
ンティングセンサの信号と粗捕捉追尾機構のジンバル角
センサの信号を加算器で加えたのち比較的時定数の長い
フィルタを通して目標値とし、精捕捉追尾機構ではポイ
ンティングセンサの信号をリミッタに通したのち比較的
時定数の短いフィルタを通して目標値とするようにし
て、粗捕捉追尾機構と精捕捉追尾機構の干渉を回避する
ことを可能にし、光通信装置の捕捉精度を向上させると
ともに、捕捉に要する時間を短くした。

【００３８】請求項３記載の発明による光空間通信装置
は、捕捉時にはポインティングセンサの信号で粗捕捉追
尾機構と精捕捉追尾機構を同時に駆動し、光空間通信装
置の捕捉精度と捕捉速度を同時に向上させ、追尾時には
精捕捉追尾機構はトラッキングセンサ信号で駆動し、粗
捕捉追尾機構は精捕捉追尾機構のジンバル角を精粗協調
補償器を通して駆動するようにして、精粗協調補償器の
働きで精捕捉追尾機構のジンバル角が駆動範囲内に常に
収まることを可能にするとともに制御系間の干渉を排除
して追尾精度を向上させ、さらに制御系内に信号のスイ
ッチを設けて捕捉・追尾の切り替えを円滑に行えるよう
にした。

【００３９】請求項４記載の発明によるミラー駆動機構
は、固定部から揺動可能に支持された中間ジンバル部
と、この中間ジンバル部から上記中間ジンバル部の揺動
軸と同じ平面内にありかつ直交する揺動軸を中心に揺動
可能に支持されたマウントプレートと、このマウントプ
レートを互いに直交する２つの上記揺動軸回りに揺動さ
せるトルクを発生する複数の電磁アクチュエータと、上
記マウントプレートの揺動量を検出する検出器と、上記
マウントプレートの反中間ジンバル部対向面に固定され
たミラーと、上記マウントプレートに固着され上記揺動
部全体の重心位置を上記揺動中心に一致または近付ける
ためのカウンタウエイトとを備え、上記ミラーを互いに
直交する２つの揺動軸回りに揺動させるように構成した
ので、マウントプレートを支持する中間ジンバル部を小
型軽量化でき、全体寸法を小さく、軽量化できる。ま
た、カウンタウエイトを備えたので、衛星本体から伝達
してくる振動外乱に起因する制御誤差を小さくできる。
また、マウントプレートの揺動量を検出する機能を有す
るので、例えば請求項２および３記載の精捕捉追尾機構
ジンバル角が検出できる。

【００４０】請求項５記載の発明によるミラー駆動機構
は、請求項４記載のものにおいて、揺動量検出器は、マ
ウントプレートの反ミラー固定面に対向配置されて上記
マウントプレートとの距離を検出する複数の変位センサ
を備え、上記変位センサの検出量から上記マウントプレ
ートの揺動量を算出するようにしたものであるので、マ
ウントプレートの揺動中心から変位センサまでの距離を
大きくとれ角度検出分解能の高い揺動量検出器が得られ
る。

【００４１】請求項６記載の発明によるミラー駆動機構
は、請求項４または５記載のものにおいて、電磁アクチ
ュエータは、マウントプレートの反ミラー固定面に対向
配置されるので、マウントプレートの揺動中心から電磁
アクチュエータまでの距離を大きくとれ、電磁アクチュ
エータが発生する比較的小さな並進力で大きな揺動トル
クを得ることができる。

【００４２】請求項７記載の発明によるミラー駆動機構
は、請求項４〜６の何れかに記載のものにおいて、揺動
部に設けたフランジと、このフランジを少なくとも対向
する２方向から把持して上記揺動部を静止状態に保持す
る第１、第２の把持部と、一端部どうしが軸着され上記
把持時はほぼ直線状に並ぶ第３、第４のリンクと、上記
第１の把持部と第３のリンク、および第２の把持部と第
４のリンクをそれぞれつなぐ第１、第２の接続体とを備
え、把持時は上記第３、第４のリンクをほぼ直線状に保
持すると共に、把持解放時は上記軸着部に上記第３、第
４のリンクと直交する方向の力を加えて上記第３、第４
のリンクを軸着部を中心に折り曲げるように構成したの
で、軸着部が、組立時に展開力が生じにくい特異点とな
り、小さな保持力でフランジを把持できると共に、把持
解放時に加える力も小さくてよいので、保持および解放
力発生機構を小型化でき、さらに把持解放時に周辺の機
器に与える影響を大幅に低減できる。

【００４３】請求項８記載の発明によるミラー駆動機構
は、請求項７記載のものにおいて、第３、第４のリンク
が把持解放時に折れ曲がる方向と反対方向に折れ曲がる
のを防止する逆回転防止機構を備えたので、リンクがほ
ぼ直線状となる特異点を越えて変位することがなく、把
持時および把持解放時に要する力をほぼ最小にすること
ができる。

【００４４】請求項９記載の発明による光空間通信装置
は、光軸上前段に配置された第１の光学部品と、上記光
軸上後段に配置された第２の光学部品と、上記第１の光
学部品を上記光軸上から取り除く除去機構とを備えたの
で、第１の光学部品が故障、性能劣化等を起こした場合
等に遠隔操作で光軸上から取り除き、予め位置決め調整
をして配置された後段の第２の光学部品を、第１の光学
部品の代わりに使用することができる。

【００４５】請求項１０記載の発明による光空間通信装
置は、光軸上前段に配置された光路変更用ミラーと、こ
の光路変更用ミラーによって折り返された光軸上に配置
された第１の光学部品と、上記光路変更用ミラーを光軸
上から取り除く除去機構と、上記光路変更用ミラーが光
軸上から取り除かれた状態における上記光軸上後段に配
置された第２の光学部品とを備えたので、第１の光学部
品が故障、性能劣化等を起こした場合等に第１の光学部
品へビームを導く光路変更用ミラーを遠隔操作で光軸上
から取り除き、予め位置決め調整をして配置された後段
の第２の光学部品を、第１の光学部品の代わりに使用す
ることができる。

【００４６】請求項１１記載の発明による光空間通信装
置は、請求項９または１０記載のものにおいて、除去機
構は、第１の光学部品または光路変更用ミラーを搭載す
る可倒台と、この可倒台を回動可能に支持する支持部
と、上記可倒台の回動を阻止するロック機構部と、上記
ロックを解放するロック解放力発生部とを備え、上記可
倒台の回動によりロック解放前に配置されていた光軸か
ら上記光学部品または光路変更用ミラーを除去するよう
に構成したものであるので、第１の光学部品の除去、ま
たは、光路変更用ミラーの除去を遠隔操作で容易に行う
ことができる。

【００４７】

【実施例】以下、この発明の一実施例について説明す
る。図１は各請求項の発明が扱っている光空間通信装置
の全体的な構成例を示す概念図であり、図において、１
は送受信望遠鏡、２は送受信望遠鏡とその後ろに配置さ
れている光学系全体をジンバル駆動する粗捕捉追尾機
構、２ａは粗捕捉追尾機構制御回路、３は粗捕捉追尾機
構２で粗捕捉された相手局からの光を精捕捉追尾するた
めに精捕捉追尾用ミラーのジンバル角を制御する精捕捉
追尾機構、３ａは精捕捉追尾機構制御回路、４は粗捕捉
追尾に用いるポインティングセンサ、５は精捕捉追尾に
用いるトラッキングセンサ、６は相手局からの通信光を
検出する通信用受光器、７は自局が相手局へ送信する方
向の光行差補正角を調整する光行差補正機構、８は送信
光の光源であるレーザ光源、８３、８６はビームスプリ
ッタ、８５はダイクロイックミラー、１００は相手局か
らのレーザビームである。なお、図１のように、送受信
望遠鏡１とその後ろに配置されている光学系全体をジン
バル駆動するタイプの粗捕捉追尾機構２だけではなく、
送受信望遠鏡の後部に配置される粗ジンバルミラーを駆
動するタイプの粗捕捉追尾機構を有する光空間通装置も
発明の対象とする。

【００４８】実施例１．以下、請求項１記載の発明の一
実施例を図について説明する。図２において、６７は粗
捕捉追尾補償器、６８はエンコーダなどの粗捕捉追尾機
構ジンバル角センサ、６９は受光時にポインティングセ
ンサ４の出力が得られる度にその出力とそのときのジン
バル角センサ６８の出力を加算する加算器、７０は粗捕
捉制御系の目標値の急激な変動を抑える粗捕捉用フィル
タ、７１は粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ６８の出力
をポインティングセンサ４の出力周期にあわせてサンプ
リングするサンプラ、７２は軌道情報から相手局の自局
に対する相対角度を予測した軌道予測値である。

【００４９】次に動作について説明する。ポインティン
グセンサ４は相手局との相対角度誤差を検出する。した
がって粗捕捉制御系の目的はポインティングセンサ４の
出力が０になるように制御を行うことである。ポインテ
ィングセンサ４には通常２次元ＣＣＤが用いられるが、
相手局からの光が微弱である場合にはその検出に時間を
要し、最低でも数十ミリ秒の時間間隔でしか出力が得ら
れない。したがってポインティングセンサ４の出力を誤
差信号として粗捕捉フィードバック制御系を構成する
と、その制御帯域は低く抑えられることになり、高精度
捕捉制御は望めない。この問題を解決するために、ここ
ではポインティングセンサ４の出力が得られると、それ
にあわせてそのときの粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ
６８の出力をサンプラ７１でサンプリングし、加算器６
９で加えあわせ、さらに粗捕捉用フィルタ７０を通して
粗捕捉制御系の目標値とする。粗捕捉制御系の目標値に
はさらに軌道予測値７２を加える。これは光空間通信装
置が人工衛星間での通信を行う場合を想定したときに、
自局の軌道情報と相手局の軌道情報から相手局の相対角
度を予測したものであり、ポインティングセンサ４が非
受光時であっても、開ループ制御によって粗捕捉追尾機
構２をほぼ相手局の方向に向かせることができる。粗捕
捉用フィルタ７０の出力と軌道予測値７２の和を目標値
として、粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ６８の出力を
フィードバックして粗捕捉制御系を構成する。目標値と
フィードバック量との偏差は粗捕捉追尾補償器６７に入
力され、粗捕捉追尾補償器６７はＰＩＤ制御などでこの
偏差が０になるように粗捕捉追尾機構２を駆動する。

【００５０】次に加算器６９の働きについて述べる。こ
こでは簡単のために軌道予測値７２の影響を省略して考
えるが、軌道予測値７２が含まれていてもその働きは全
く同じである。ポインティングセンサ４の出力に対して
粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ６８の出力が等しくな
るように粗捕捉追尾補償器６７は働く。しかし粗捕捉追
尾補償器６７や粗捕捉用フィルタ７０の特性、あるいは
ポインティングセンサ４に含まれる誤差などによって粗
捕捉追尾機構２は完全に相手局の方向を向くのではな
く、いくらかの誤差が残る。この誤差分はつぎのポイン
ティングセンサ４の信号によって検出することができ
る。この誤差分はそのときの粗捕捉追尾機構２の状態に
対する相対的なものであるから、ジンバル角の絶対的な
目標値を与えるには、そのときの粗捕捉追尾機構ジンバ
ル角センサ６８の出力を加える必要がある。これが加算
器６９の役割である。また加算器６９の出力はポインテ
ィングセンサ４が非受光時で出力の得られないときに
は、受光時の出力値をそのままに保つ（ホールドする）
ものとする。このことにより、仮に相手局の動きが速
く、粗捕捉制御系で追尾に必要なところまで誤差を低減
できずに相手局の追尾に入れなかったような場合でも、
粗捕捉追尾機構２は次に相手局を捕捉するまでの間に相
手局の方向を向けておくことができるので、つぎのポイ
ンティングセンサ４の受光時には初期誤差が少なくなっ
て確実に追尾に入ることができる。

【００５１】サンプラ７１はポインティングセンサ４の
出力周期に同期して粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ６
８の信号を取り出すのに用いられる。

【００５２】さらに粗捕捉用フィルタ７０は粗捕捉フィ
ードバック制御系の目標値の急激な変動を抑えるのに用
いられる。

【００５３】以上述べたように、粗捕捉フィードバック
制御系はポインティングセンサ４の出力周期で目標値が
更新され、粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ６８の出力
周期でフィードバック制御を行う。通常、粗捕捉追尾機
構ジンバル角センサ６８の出力周期はポインティングセ
ンサ４の出力周期よりもはるかに短いので、ポインティ
ングセンサ４を直接フィードバック信号に用いるよりも
広帯域の制御系を構成することができ、捕捉精度が向上
する。

【００５４】実施例２．以下、請求項２記載の発明の一
実施例を図について説明する。図３において、７３は精
捕捉追尾補償器、７４は変位センサなどから構成される
精捕捉追尾機構ジンバル角センサ、７５は精捕捉制御系
の目標値に対するリミッタ、７６は精捕捉制御系の目標
値の急激な変動を抑える精捕捉用フィルタ、７７は精捕
捉制御系の目標値をポインティングセンサ４の受光時と
非受光時で切り替えるための第１スイッチである。

【００５５】次に動作について説明する。ポインティン
グセンサ４の受光時には、センサ出力は粗捕捉制御系の
加算器６９に入力されると同時に、精捕捉制御系のリミ
ッタ７５に入力される。リミッタ７５はポインティング
センサ４の信号をある値で抑えて精捕捉制御系に過大な
信号が入力されないようにする。リミッタ７５の出力は
さらに精捕捉用フィルタ７６に入力され、その出力は精
捕捉制御系の目標値となる。精捕捉制御系ではこの目標
値に対して精捕捉追尾機構ジンバル角センサ７４の出力
値をフィードバックし、偏差を精捕捉追尾補償器７３に
入力する。精捕捉追尾補償器７３はこの偏差が０になる
ように精捕捉追尾機構３を駆動する。ポインティングセ
ンサ４の受光時にはこのセンサ出力は粗捕捉制御系と精
捕捉制御系の両方に目標値として入力される。これら２
つの制御系の違いは、粗捕捉制御系の方がジンバル角の
駆動範囲が広く制御帯域が狭いこと、逆に精捕捉制御系
の方がジンバル角の駆動範囲が狭いが制御帯域が広く高
速・高精度の制御が可能なことである。したがって理想
的な捕捉を実現するためには、粗捕捉制御系で光空間通
信装置を相手局の方向に向けるとともに、相手局との相
対誤差が精捕捉追尾機構３の駆動範囲に入れば精捕捉制
御系で速やかに捕捉を行うのがよい。このとき粗捕捉追
尾機構２と精捕捉追尾機構３が同程度の速さで相手局の
方向に向かうと干渉をおこして全体としてうまく相手局
の方向を向くことができない恐れがあるので、粗捕捉用
フィルタ７０と精捕捉用フィルタ７６の時定数を変えて
干渉を除去する。すなわち高速動作が可能な精捕捉制御
系では精捕捉用フィルタ７６の時定数を短く設定して相
手局の方向へすばやく精捕捉追尾機構３を向ける。一
方、駆動範囲の広い粗捕捉制御系では、粗捕捉用フィル
タの時定数を長く設定し、粗捕捉追尾機構２を比較的ゆ
っくりと動かして精捕捉制御系との干渉を回避するとと
もに、一定の時間経過後には粗捕捉追尾機構２を相手局
の方向に向けるようにする。

【００５６】第１スイッチ７７はポインティングセンサ
４の受光時と非受光時を切り替えるためのものであり、
非受光時には０を出力して精捕捉追尾機構３のジンバル
角を中立点に戻す。これはポインティングセンサ４の非
受光時に精捕捉追尾機構３のジンバル角がその駆動範囲
を超えてしまうのを防ぐ働きをする。

【００５７】以上のように精捕捉追尾機構３と粗捕捉追
尾機構２をともにポインティングセンサ４で駆動するよ
うにし、その干渉をフィルタの時定数を変えることで回
避したので、駆動範囲が広く、しかも精捕捉追尾機構３
の駆動範囲内では高速・高精度の捕捉制御系が構成でき
る。

【００５８】実施例３．以下、請求項３記載の発明の一
実施例を図について説明する。図４において、７８は追
尾時に精捕捉追尾機構ジンバル角センサ７４の値を入力
し、粗捕捉追尾制御系の目標値を出力する精粗協調制御
器、７９は粗捕捉追尾制御系の目標値を捕捉時と追尾時
で切り替えるための第２スイッチ、８０は精捕捉追尾制
御系の精捕捉追尾補償器７３の入力を捕捉時と追尾時で
切り替えるための第３スイッチである。

【００５９】次に動作について説明する。光空間通信装
置が相手局を捕捉する段階から相手局を追尾する段階に
入ると、相手局に対するより高い指向精度が要求され、
センサを２次元ＣＣＤなどのポインティングセンサ４か
ら４象限検出器などのトラッキングセンサ５に切り替え
る必要がある。このとき課題となるのは、捕捉から追尾
へのモード切り替えを円滑に行い制御系において過渡的
な応答を発生しないようにすることと、精捕捉追尾制御
系と粗捕捉追尾制御系の間での干渉を排除して両方が協
調的に動作するようにすることである。

【００６０】最初に制御系の協調的な動作について述べ
る。トラッキングセンサ５は高精度ではあるが検出範囲
が狭く、精捕捉追尾制御系のセンサとしては役立つが、
粗捕捉追尾制御系には使うことができない。このとき粗
捕捉追尾制御系は、例えばポインティングセンサ４を用
いて精捕捉追尾制御系とは独立に制御することが考えら
れるが、精捕捉追尾制御系の追尾精度は１マイクロラジ
アン程度の超高精度を要求されるのが普通なので、両方
の制御系のわずかな干渉が致命的になる場合がある。そ
こで本発明では精捕捉追尾機構ジンバル角センサ７４の
値を用いて、それが中立点に戻るように粗捕捉追尾機構
２を駆動するようにする。すなわち、まず精捕捉追尾機
構ジンバル角センサ７４の出力を精粗協調補償器７８に
入力し、そこで例えば積分制御などを行って軌道予測値
７２を加えあわせて粗捕捉追尾補償器６７の目標値とす
る。このようにすると粗捕捉追尾機構２は、ポインティ
ングセンサ４の値とは無関係に精捕捉追尾機構３のジン
バル角を中立点に戻すように動くことになるので、両方
の制御系が干渉を起こす恐れはなくなり、精捕捉追尾制
御系は精捕捉追尾機構３の駆動範囲から逸脱することな
く超高精度の追尾精度を達成できる。

【００６１】次に捕捉と追尾のモード間の切り替えにつ
いて述べる。ここでは第２スイッチ７９で粗捕捉追尾制
御系の目標値の切り替えを行い、第３スイッチ８０で精
捕捉追尾補償器７３の入力値の切り替えを行う。制御系
が切り替え時に過渡的な応答を示すのを防ぐためには、
第２スイッチ７９や第３スイッチ８０の切り替え時にお
いて切り替え量の間にあまり差のないことが必要にな
る。まず第２スイッチ７９は捕捉時には粗捕捉用フィル
タ７０の出力を粗捕捉制御系の目標値とする。したがっ
て追尾時に精粗協調補償器７８が積分制御を行う場合を
考えると、第２スイッチ７９を捕捉から追尾へ切り替え
るときに精粗協調補償器７８の積分器の初期値をそのと
きの粗捕捉用フィルタ７０の出力値に設定すればよい。
このように設定することで滑らかな切り替えを実現でき
る。また第３スイッチ８０は捕捉時には精捕捉用フィル
タ７６の出力と精捕捉追尾機構ジンバル角センサ７４と
の偏差を精捕捉追尾補償器７３の入力とする。したがっ
てこの入力値は精捕捉追尾補償器７３の働きにより、ほ
とんど０近傍の値となっている。したがって、第３スイ
ッチ８０を捕捉から追尾へ切り替えるときにはトラッキ
ングセンサ５の出力を精捕捉追尾補償器７３の入力とす
ればよく、トラッキングセンサ５で検出された追尾誤差
分が加わるだけで、精捕捉追尾補償器７３が問題となる
ような過渡応答を示すことはない。

【００６２】以上のように精捕捉追尾系と粗捕捉追尾系
の構成において、捕捉から追尾への切り替えを滑らかに
行い、追尾時には精粗協調補償器７８の出力を用いて粗
捕捉追尾機構２を駆動するようにしたので、捕捉から追
尾へ円滑に移行し、かつ追尾を確実に持続することがで
きる。

【００６３】実施例４．以下、請求項４記載の発明の一
実施例を図について説明する。図５は実施例４によるミ
ラー駆動機構の構成を示す縦断面図であり、図６は上面
図、図７は図５のＤ−Ｄ線断面図、図８は図５のＥ−Ｅ
線断面図である。図において、１１は中間ジンバル部で
あり、固定部１６から弾性軸受１２、１３により揺動可
能に支持されている。９はマウントプレートであり、中
間ジンバル部１１から弾性軸受（図示せず）により、中
間ジンバル部１１の揺動軸と同じ平面内にありかつ直交
する揺動軸を中心に揺動可能に支持されている。３０〜
３３は電磁アクチュエータこの例では電磁吸引アクチュ
エータであり、マウントプレート９を互いに直交する２
つの揺動軸回りに揺動させるトルクを発生する。２６〜
２９はマウントプレートの揺動量を検出する変位センサ
である。１８はミラーであり、ミラーホールダ１７によ
りマウントプレート９の反中間ジンバル部１１対向面に
固定されている。１９はカウンタウエイトであり、マウ
ントプレート９の支柱１０に固着され揺動部全体の重心
位置を揺動中心に一致または近付ける働きをする。な
お、この例では、支柱１０は電磁石に吸引される鉄など
の部材で作られており、この支柱１０を図７に示すよう
に、電磁吸引アクチュエータ３０〜３３で四方から吸引
し、これらの吸引力の合成により、直交する２つの軸回
りの回転力を発生する。さらに、図８に示すように、こ
の支柱１０を四方から囲んだ変位センサ２６〜２９で支
柱１０との距離を検出し、その信号を演算して各ジンバ
ル軸回りのジンバル角を得る。なお、この変位センサ２
６〜２９は必ずしも４個なくてもよく、互いに直交する
２個でもよい。

【００６４】このようにミラー１８を１つの駆動機構で
２つの軸回りに回転できるので、精捕捉追尾に必要とな
る２つの軸回りのミラー回転角制御を１つの精捕捉追尾
機構で実現できる。これに対して、１つの軸回りにしか
ミラー回転角制御ができない精捕捉追尾機構を２つ順次
並べて配置し、２つの軸回りのミラー回転角制御を行う
方法もあるが、送受信望遠鏡１にできるただ１つの射出
瞳位置に、２つの軸回りに回転できる精捕捉追尾用ミラ
ー１８を配置すれば、送受信望遠鏡１へのレーザビーム
の入射角に依存することなく所望の光学特性等を維持で
きる特長が得られるが、ただ１つの軸回りにしかミラー
回転角制御ができない精捕捉追尾機構を２つ同一の上記
射出瞳位置に配置することはできない。さらに、精捕捉
追尾用ミラー１８を取り付けているマウントプレート９
の揺動量を検出することができるので、請求項２と請求
項３で必要となる精捕捉追尾機構ジンバル角センサを持
つ精捕捉追尾機構を提供することができる。また、マウ
ントプレート９を支持する中間ジンバル部１１を小型軽
量化させ、全体寸法が小さく、軽量にでき、揺動部全体
の重心位置を揺動中心に一致、または近付けるようにカ
ウンタウエイト１９を配置させたので、衛星本体から伝
達してくる振動外乱に起因する制御誤差を小さくするこ
とができる。

【００６５】実施例５．以下、請求項５および６記載の
発明の一実施例を図について説明する。図９は実施例５
によるミラー駆動機構の構成を示す横断面図であり、図
１０は図９のＡ−Ａ線断面図、図１１は図９のＢ−Ｂ線
断面図である。図において、２０〜２３はマウントプレ
ート９の反ミラー１８固定面に対向配置された回転トル
ク発生用の電磁アクチュエータであり、マウントプレー
ト９に取り付けられた永久磁石等からなる磁気回路２４
と、固定部１６に取り付けられたコイル２５を備えてい
る。２６〜２９はマウントプレート９の反ミラー１８固
定面に対向配置されてマウントプレート９との距離を検
出する渦電流センサや静電容量センサなどの変位センサ
である。

【００６６】中間ジンバル部１１は固定部１６に弾性軸
受１２と１３でＸ軸回りの回転自由度を残して支持され
ている。マウントプレート９は中間ジンバル部１１に弾
性軸受１４と１５でＸ軸と直交するＹ軸回りの回転自由
度を残して支持されている。これにより、マウントプレ
ート９は固定部１６に対して、同一平面内にあり互いに
直交するＸ軸とＹ軸の２軸の回転自由度を持つように支
持されている。マウントプレート９の反中間ジンバル部
１１対向面にはミラーホールダ１７により精捕捉追尾用
ミラー１８が固定されている。

【００６７】永久磁石を用いた磁気回路２４はマウント
プレート９の反ミラー固定面に取り付けられており、固
定部１６のこれと向き合う位置に取り付けられたコイル
２５と組み合わされて電磁アクチュエータ２３を構成
し、図１０で上下方向の並進力を発生し、ジンバル軸回
りのトルクを発生する。電磁アクチュエータ２０〜２２
も同様の構成なっており、これら電磁アクチュエータ２
０〜２３の発生トルクの合成によってＸ軸とＹ軸の回転
力を発生する。粗捕捉追尾機構に比べて、精捕捉追尾機
構はジンバル可能範囲は比較的狭くてよいが、応答周波
数は比較的高いものが要求される。上記の電磁アクチュ
エータ２０〜２３配置では電磁アクチュエータとジンバ
ル軸間距離を長くすることができるので、ジンバル可能
範囲は比較的狭くなるが発生トルクは比較的大きくでき
るので、精捕捉追尾機構に適した高い応答周波数を持つ
ことができる。

【００６８】マウントプレート９とミラーホールダ１７
と精捕捉追尾用ミラー１８と電磁アクチュエータ２０〜
２３の磁気回路部と支柱１０等からなるジンバル負荷部
すなわち揺動部全体の重心がジンバル軸上に無い場合、
例えば、人工衛星の振動は固定部１６を介してジンバル
軸回りの回転トルクを生じ、精捕捉追尾機構への外乱と
なる。マウントプレート９の裏側の支柱１０に取り付け
られたカウンタウエイト１９はジンバル負荷部全体の重
心位置をジンバル軸中心に近づけ、上記外乱発生を抑制
するためのものである。

【００６９】変位センサ２６〜２９はそれぞれセンサヘ
ッドとマウントプレート９とのギャップ量を検出する。
これらの変位センサの検出信号を演算し、各ジンバル軸
回りのジンバル角を得る。例えば、図９の配置では、マ
ウントプレート９が固定部１６と平行である場合を零と
した場合の変位センサ２７の検出量をＤ［ｍｍ］とし、
変位センサ２７と揺動軸との距離をＬ［ｍｍ］とする
と、Ｙ軸回りの回転角Ａ［ｒａｄ］＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ
／Ｌ）はほぼＤ／Ｌとして得られる。同様に、変位セン
サ２９の検出量を、変位センサ２９と揺動軸との距離か
ら決まる係数で割ることでＸ軸回りの回転角が得られ
る。つまり、上記変位センサの配置点と揺動軸間の距離
が長ければ、より細かい分解能で回転角を得ることがで
きる。これら変位センサ２６〜２９はマウントプレート
９の反ミラー固定面すなわち精捕捉追尾ミラー１８の固
定されていない面に対向して配置されているので、上記
変位センサ２６〜２９の配置点と揺動軸間の距離を長く
することができ、回転角を算出する際に用いられる上記
係数の値を比較的大きくできるので、角度分解能の高い
ジンバル角センサを構成することができる。

【００７０】なお、変位センサ２６と変位センサ２７は
互いに揺動軸に関する対称の位置に配置されているの
で、それぞれの変位センサ２６、２７から算出される回
転角は符号のみが逆となる冗長系となっており、これら
２つの変位センサ２６、２７の何れかが故障しても、Ｙ
軸回りの回転角を得ることができる。さらに、両方が正
常の場合、例えば、変位センサ２６の検出量をＤ１＝Ｄ
＋ｅ［ｍｍ］と変位センサ２７の検出量をＤ２＝−Ｄ＋
ｅ［ｍｍ］とし、両変位センサと揺動軸との距離をＬ
［ｍｍ］とすると、Ｙ軸回りの回転角は、Ａはほぼ（Ｄ
１−Ｄ２)／２Ｌ＝Ｄ／Ｌとして得ることができる。こ
こで、ｅはマウントプレート９の並進方向の変位量、ノ
イズ、または、温度ドリフトの成分等であり、２つのセ
ンサが使用できる場合は、このｅの影響を除去すること
ができる。このように揺動軸に関する対称の位置に配置
されている２つのセンサが使用できる場合は、より高精
度な角度検出が可能である。なお、電磁アクチュエータ
も同様に、互いに揺動軸に関する対称の位置に冗長配置
されているので、同様に一方が故障した時にも機能でき
る。

【００７１】実施例６．以下、請求項５および６記載の
発明の他の実施例を図について説明する。図１２は実施
例６によるミラー駆動機構の部品配置を示し、図１０の
Ｃ−Ｃ線の位置で切った断面図である。電磁アクチュエ
ータ２０〜２３と変位センサ２６〜２９の配置を図１２
のようにしてもよく、上記実施例５と同様の効果が得ら
れる。

【００７２】実施例７．以下、請求項５および６記載の
発明のさらに他の実施例を図について説明する。図１３
は実施例７によるミラー駆動機構の部品配置を示し、図
１０のＣ−Ｃ線の位置で切った断面図である。図１０で
示したように、磁気回路２４とコイル２５からなる電磁
アクチュエータの場合は、コイル２４に流す電流の向き
を反転させることで、マウントプレート９に働く並進力
の符号を反転させることができるので、図１３のように
揺動軸の片側だけに２個の電磁アクチュエータを配置し
てもよく、また、同様に変位センサも２個でもよいの
で、図９および図１２で示した実施例に比べて使用部品
数を減らすことができる。

【００７３】なお、上記各実施例５〜７では、例えば、
電磁アクチュエータ２３を構成する磁気回路２４をマウ
ントプレート９に、コイル２５を固定部１６にそれぞれ
配置したが、電磁アクチュエータを構成する磁気回路２
４を固定部１６に、コイル２５をマウントプレート９に
配置してもよく、また、電磁アクチュエータ２０〜２３
は、電磁石とこれに吸引される鉄などの部材からなる電
磁吸引アクチュエータであってもよい。なお、電磁石を
用いた電磁吸引アクチュエータでは、永久磁石や空芯コ
イルのような比較的強度の弱い部品を持たないので、永
久磁石や空芯コイルを持つものよりも高い強度を有する
ミラー駆動機構を得ることができる。また、永久磁石と
空芯コイルからなる電磁アクチュエータでは、空芯コイ
ルから発生する熱を逃がす必要があり、特に、真空中で
使用される人工衛星搭載用の場合は問題となる。しか
し、電磁吸引アクチュエータの場合には、コアに巻かれ
たコイルで発生する熱は、コア、固定部を通して逃がす
ことができるので、放熱特性も良くできる。

【００７４】実施例８．請求項７記載の発明の一実施例
を図について説明する。図１４は実施例８による光空間
通信装置用のミラー駆動機構を示す斜視図であり、図１
５および１６は図１４のＦ−Ｆ線断面図であり、それぞ
れ把持時および把持解放時の様子を示している。図１７
は図１４をＧ方向からみた側面図である。図において、
３４は揺動部に設けたフランジ、３５はフランジ３４を
少なくとも対向する２方向から把持して揺動部を静止状
態の保持する第１、第２の把持部、４０、４１は一端部
どうしが軸着され、把持時はほぼ直線状に並ぶ第３、第
４のリンク、４２は軸着部、３８、３９は第１の把持部
３５と第３のリンク４０、および第２の把持部３５と第
４のリンク４１とをそれぞれつなぐ第１および第２の接
続体であり、この例では第１、第２のリンクで構成され
ている。これら第１、第２のリンク３８、３９はそれぞ
れ回転支持部３６により固定部１６に支持されている。
３７は回転支持部３６に設けた展開ばねであり、把持解
放時に第１、第２リンク３８、３９を回転支持部３６を
中心に回転させる。４３は軸着部４２に設けた復元力発
生部であり、例えばリニア駆動のアクチュエータで構成
され、把持時は第３、第４リンク４０、４１を直線状に
保持すると共に把持解放時は軸着部４２に第３、第４リ
ンク４０、４１と直交する方向の力を加えて第３、第４
リンク４０、４１を軸着部４２を中心に折り曲げる。

【００７５】次に、組立と解放動作について説明する。
組立時には、第１、第２リンク３８、３９および第３、
第４リンク４０、４１を展開ばね３７のばね力に抗して
変位させ、把持部３５をフランジ３４に接触させる。こ
のとき、第３リンク４０と第４リンク４１はほぼ直線状
に並んで配置される。第３リンク４０と第４リンク４１
を直線状に配置したとき、これらのリンク４０、４１に
偶力が生じないように第１〜第４のリンク３８〜４１お
よび把持部３５を配置しているので、偶力が生じず、し
たがって、復元力発生部４３で第３リンク４０と第４リ
ンク４１の軸着部４２に外力を負荷しなくてもこれらの
リンク４０、４１は直線状に保持される。なお、多少の
偶力が生じた場合でも、極めて小さな力で第３、第４リ
ンク４０、４１を静止状態に保持することができる。

【００７６】次に、図１６に示すように、格納状態を解
放する指令により、復元力発生部４３に復元力が発生す
ると、アクチュエータ（図示せず）が変位し、第３リン
ク４０と第４リンク４１の軸着部４２にこれらのリンク
４０、４１と直交する方向の力が作用し、第３リンク４
０と第４リンク４１は軸着部４２を中心にミラー１８方
向に折れ曲がる。第３リンク４０と第４リンク４１の軸
着部４２がミラー１８方向に変位を始めると、展開ばね
３７のばね力により第３リンク４０と第４リンク４１の
軸着部４２を変位させる力は増大し、把持部３５とフラ
ンジ３４は分離し、フランジ３４の拘束は解放される。

【００７７】このように、軸着部が、組立時に展開力が
生じにくい特異点となり、小さな保持力でフランジを把
持できると共に、把持解放時に加える力も小さくてよい
ので、保持および解放力発生機構を小型化でき、さらに
把持解放時に周辺の機器に与える影響を大幅に低減でき
る。なお、第３リンク４０と第４リンク４１は直線状に
保持される場合に最小の保持力、および解放力でよい
が、多少角度がついても特異点近傍であれば極めて小さ
な力で保持および解放できる。さらに、第３リンク４０
と第４リンク４１の軸着部４２がミラー１８方向に変位
を始めると、展開ばね３７のばね力により第３リンク４
０と第４リンク４１の軸着部４２を変位させる力は増大
し、把持部３５とフランジ３４は確実に分離するので、
展開信頼性の極めて高い機構を提供できる。

【００７８】実施例９．請求項７記載の発明の他の実施
例を図について説明する。図１８は実施例９による光空
間通信装置用のミラー駆動機構を示す斜視図である。こ
の実施例では、復元力発生部はワイヤー４５で拘束力を
抑える構造になっている以外は上記実施例８と同じであ
る。即ち、第３リンク４０と第４リンク４１の軸着部４
２をワイヤー４５で支持している。ワイヤー４５の他端
はミラー駆動機構から十分に離れたところで止められて
いる。そしてワイヤー４５は、プーリ４４で方向転換さ
れ、ストッパ部４６を通り戻り止め４７と予圧ばね４８
が付けられ他端近傍でラインカッタ−４９と対向してい
る。第３リンク４０と第４リンク４１の初期復元力は軸
着部４２に設けたばね５０で与えている。

【００７９】次に動作について説明する。格納状態を解
放する指令によりラインカッタ−４９が例えば火薬爆発
力で動作し、ワイヤー４５を切断する。ワイヤー４５の
切断により予圧ばね４８のばね力が抜け、第３リンク４
０と第４リンク４１の軸着部４２に設けたばね５０のば
ね力により切断したワイヤー４５のリンク機構側部分は
戻り止め４７がストッパ部４６と接触するまでリンク機
構側に変位する。そして、第３リンク４０と第４リンク
４１の軸着部４２に設けたばね５０のばね力により、軸
着部４２に力が作用し、軸着部４２はミラー１８方向に
変位する。軸着部４２がミラー１８方向に変位を始める
と、展開ばね３７のばね力により第３リンク４０と第４
リンク４１の軸着部４２を変位させる力は増大し、把持
部３５とフランジ３４は分離し、フランジ３４の拘束は
解放される。

【００８０】このように構成しているので、予圧ばね４
８のばね力は、第３リンク４０と第４リンク４１の軸着
部４２に設けたばね５０のばね力に打ち勝つ程度でよ
く、展開ばね３７のばね力より小さくできる。この結
果、ワイヤー４５およびその支持構造が小型化でき、ワ
イヤー４５切断に必要な力が小さくなり、切断の際の衝
撃力を小さくでき、周辺の機器に与える影響を小さくで
きる。また、ミラー駆動機構の近傍に復元力発生部を配
置しないため、ミラー駆動機構部をコンパクトにまとめ
ることができる。

【００８１】実施例１０．請求項８記載の発明の一実施
例を図について説明する。図１９は実施例１０に係る第
３リンク４０と第４リンク４１の軸着部４２付近を拡大
して示す斜視図である。図において、４１ａは逆回転防
止機構、この例では、第３リンク４０と第４リンク４１
の軸着部４２近傍で第４リンク４１に設けられた突起で
あり、第３リンク４０と第４リンク４１とのなす角度が
一定値以上になると第４リンク４１の突起４１ａが第３
リンク４０に接触するように構成している。

【００８２】このように構成しているので、第１リンク
３８と第２リンク３９に設けたフランジ３４を把持する
把持部３５がフランジ３４から離れる方向に移動すると
き等に第３リンク４０と第４リンク４１の軸着部４２が
移動する方向と逆方向に軸着部４２が移動することがな
いので、第３リンク４０と第４リンク４１が特異点を越
えて変位するのを防止し、把持時および把持解放時に要
する力をほぼ最小にすることができる。

【００８３】なお、上記各実施例４〜１０では主に、ミ
ラー駆動機構を精捕捉追尾機構に適用した場合について
説明したが、これに限るものではなく例えば図１に符号
７で示す光行差補正機構等にも適用できる。

【００８４】実施例１１．以下、請求項９記載の発明の
一実施例を図について説明する。図２０において、５１
は光学部品を固定でき、かつ、遠隔操作により光学部品
を固定位置より除去できる除去機構、５２は除去機構５
１上に配置されたレーザ発光素子とレンズ系からなる送
信光学部、レーザ受光素子とレンズ系からなる受信光学
部、レーザ位置検出器等の第１の光学部品、５３は第１
の光学部品５２と同等機能を有して予備となる第２の光
学部品、５４は他の光学部品である。また、矢印５５、
５６はそれぞれの光学部品５２、５３の光軸方向を表
す。

【００８５】次に動作について説明する。第１、第２の
光学部品５２、５３が例えばレーザ発光素子とレンズ系
からなる送信光学部である場合を例とする。第１の光学
部品５２はその射出レーザビームが光学部品５４へ射出
するように除去機構５１上に配置され光軸５５が調整さ
れている。また、予備光学部品である第２の光学部品５
３の光軸５６は、光軸上前段に配置された第１の光学部
品５２がその光軸上に無い場合に光学部品５４へ射出す
るように調整されている。このように構成されたものに
おいて、第１の光学部品５２が故障、性能劣化等を起こ
した場合は、除去機構５１を動作させて第１の光学部品
５２を取り除き、光学部品５２と同等機能を持ち休止さ
せていた予備の第２の光学部品５３の光軸５６を光学部
品５４へ到達させる。なお、第１の光学部品５２と予備
の第２の光学部品５３がレーザ発光素子とレンズ系から
なる送信光学部である場合について説明したが、これに
限るものではなく、例えば、レーザ受光素子とレンズ系
からなる受信光学部等でも同様に機能する。

【００８６】このように製造時に第１の光学部品５２と
第２の光学部品５３を予めアライメント調整して配置さ
せておくことができるので、第１の光学部品５２が故
障、性能劣化等を起こした場合に、第１の光学部品５２
を取り除くという簡単な動作のみで、既にアライメント
調整された予備品である第２の光学部品５３に、アライ
メント精度を劣化させることなく切り換えることができ
る。特に、レーザ発光素子とレンズ系からなる送信光学
部、レーザ受光素子とレンズ系からなる受信光学部、レ
ーザ位置検出器等の光学部品は、要求されるアライメン
ト精度が高く、しかも、その故障等が光空間通信装置全
体の機能停止に直結するので、これらの光学部品の冗長
化は光空間通信装置の信頼性を極めて向上できる。な
お、ここでは、第１の光学部品５２と第２の光学部品５
３による１段の冗長配備の例を示したが、さらに多段に
することで、より冗長度の高い冗長配備が可能である。
また、第１の光学部品５２と第２の光学部品５３の特性
等を変えておき、装置運用の必要に応じて、光学部品を
切り換えることにも適用できる。

【００８７】実施例１２．以下、請求項１０記載の発明
の一実施例を図について説明する。図２１において、５
７は除去機構５１上に配置された光路変更用ミラー、５
８は光学部品５４への光軸を光路変更用ミラー５７で折
り返された位置に配置された例えばレーザ発光素子とレ
ンズ系からなる送信光学部、レーザ受光素子とレンズ系
からなる受信光学部、レーザ位置検出器等の第１の光学
部品、矢印５９は第１の光学部品５８の光軸方向を表
す。

【００８８】次に動作について説明する。第１、第２の
光学部品５８、５３がレーザ発光素子とレンズ系からな
る送信光学部である場合を例とする。除去機構５１上
に配置された光路変更用ミラー５７と第１の光学部品５
８はその射出レーザビームの光軸５９が光路変更用ミラ
ー５７で折り返され、光学部品５４へ到達するように調
整されている。また、予備である第２の光学部品５３の
光軸５６は、光路変更用ミラー５７がその光軸上に無い
場合に光学部品５４へ射出するように調整されている。
第１の光学部品５８が故障、性能劣化等を起こした場合
は、除去機構５１を動作させ、光路変更用ミラー５７を
取り除き、第１の光学部品５８と同等機能を持ち休止さ
せていた予備光学部品５３の光軸５６を光学部品５４へ
到達させる。なお、第１の光学部品５８と第２の光学部
品５３がレーザ発光素子とレンズ系からなる送信光学部
である場合を示したが、これに限るものではなく、例え
ば、レーザ受光素子とレンズ系からなる受信光学部でも
同様に機能し、また、第１の光学部品５８から光学部品
５４への光軸に沿った光軸長と予備光学部品５３から光
学部品５４への光軸に沿った光軸長を互いに一致させれ
ば、第１の光学部品５８と予備光学部品５３から出入り
するレーザビームが平行ビームでない場合も上記実施例
１１と同様の機能を有すことができる。

【００８９】このように製造時に光路変更用ミラー５７
と第１の光学部品５８と第２の光学部品５３を予めアラ
イメント調整して配置させておくことができるので、上
記第１の光学部品５２が故障、性能劣化等を起こした場
合に、上記光路変更用ミラー５７を取り除くという簡単
な動作のみで、既にアライメント調整された予備品であ
る第２の光学部品５３に、アライメント精度を劣化させ
ることなく切り換えることができる。請求項９の実施例
１１でも述べたように、レーザ発光素子とレンズ系から
なる送信光学部、レーザ受光素子とレンズ系からなる受
信光学部、レーザ位置検出器等の光学部品は、要求され
るアライメント精度が高く、しかも、その故障等が光空
間通信装置全体の機能停止に直結するので、これらの光
学部品の冗長化は光空間通信装置の信頼性を極めて向上
できる。なお、ここでは、第１の光学部品５８と第２の
光学部品５３の１段の冗長配備の例を示したが、これを
多段にすることで、より冗長度の高い冗長配備が可能で
ある。また、第１の光学部品５８と第２の光学部品５３
の特性等を変えておき、装置運用の必要に応じて、光学
部品を切り換えることにも適用できる。なお、請求項９
の実施例１１で第１の光学部品５２がレーザ発光素子と
レンズ系からなる送信光学部、レーザ受光素子とレンズ
系からなる受信光学部、レーザ位置検出器等の光学部品
である場合、これに接続されている電気配線等のケーブ
ルがあるため、除去機構５１の除去動作を行わせるため
に大きな駆動力が要求されること、または、上記ケーブ
ルの絡みにより除去動作の失敗等の可能性があること等
が考えられる。しかし、請求項１０の光空間通信装置で
は、予備の第２の光学部品５３への切り換えのために必
要となる除去機構５１が除去するのは、光路変更用ミラ
ー５７であり、これには上記ケーブル等がないため、よ
り容易に、しかも、確実に光学部品の切り換えができ
る。

【００９０】実施例１３．以下、請求項１１記載の発明
の一実施例を図について説明する。図２２は実施例１３
に係る除去機構の固定状態を示し、（ａ）は上面図、
（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図２３は上記
除去機構の解放状態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は
正面図、（ｃ）は側面図である。図において、６０はレ
ーザ発光素子とレンズ系からなる送信光学部、レーザ受
光素子とレンズ系からなる受信光学部、レーザ位置検出
器、または光路変更用ミラー等の光学部品、６１は固定
部、６２は上記光学部品６０を搭載する可倒台、６３は
可倒台に回転自由度を与え可倒台６２を回動可能に支持
する支持部すなわちヒンジ部、６４は可倒台６２と接触
させて可倒台６２の回動を阻止するためのロック機構
部、６５はロック機構部６３のロックを解放する力を発
生するロック解放力発生部、６６はロック解放時に可倒
台６２を倒す力を発生する回転力発生部である。

【００９１】次に動作について説明する。まず、除去機
構の固定方法について説明する。図２２（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示すように、光学部品６０は可倒台６２の回転
軸方向に光軸を向けて搭載される。リンク機構からなる
ロック機構部６４の先端部が可倒台６２の側面に位置す
る穴に挿入され、可倒台６２を取り付け面上に固定す
る。これにより可倒台６２上に搭載された光学部品６０
の光軸が所望の方向に配置される。ロック機構部６４の
リンク機構の他端は固定状態にあるロック解放力発生部
６５につながれて固定されている。

【００９２】次に、除去機構の解放方法について説明す
る。図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ロック解
放力発生部６５が外部からの指令信号によって、ロック
機構部６４のリンク機構を押し出す力を発生すると、可
倒台６２の側面に位置する穴に挿入されていたロック機
構部６４のリンク機構の先端が抜け、可倒台６２のロッ
クが解放される。ロックが解放された可倒台６２はヒン
ジ部６３に設けられた回転力発生部６６の回転力によっ
てヒンジ部６３回りに回転し、ロック解放前に光学部品
６０があった位置、もしくは、光学部品６０の光軸があ
った位置から光学部品を除去する。なお、上記実施例で
はロック機構部６４が多リンク機構である場合を示した
が、１つの棒、または、フックでもよく、また、ロック
解放力発生部６５も例えば図１８で示したのと同様のワ
イヤー４５とばね４８とワイヤーカッター４９等から構
成してもよい。

【００９３】このように、ヒンジ部６３をロック機構６
４で固定することで、レーザ発光素子とレンズ系からな
る送信光学部、レーザ受光素子とレンズ系からなる受信
光学部、レーザ位置検出器、ミラー等の光学部品を所定
の光軸上の位置に取り付けることができ、また、ロック
解放力発生部６５でロックを解除することで、回転力発
生部６６がヒンジ部６３回りに発生する回転力によっ
て、ロック解放前に光学部品があった位置、もしくは、
光学部品の光軸があった位置から光学部品６０を除去す
ることができるようにしたので、請求項９の実施例１１
で必要となる故障、性能劣化等を起こした光学部品の除
去、または、請求項１０の実施例１２で必要となる光路
変更用ミラーの除去を遠隔操作で行うことができる。な
お、回転力発生部６６はモータ等の電気アクチュエータ
を使用してもよいが、この除去動作は一度だけ可能であ
ればよく、板ばね、回転ばね等の機械要素でもよいの
で、簡単な機構で構成できる。

【００９４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に大まかに
向けると共に精捕捉追尾機構により上記受光部を相手局
に高精度に向けるように構成する光空間通信装置におい
て、上記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉
追尾機構ジンバル角センサと、相手局との相対誤差を検
出するポインティングセンサと、このポインティングセ
ンサ信号と上記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ信号を
加算して目標値を生成する加算器とを備え、上記加算器
の出力を目標値とし上記粗捕捉追尾機構ジンバル角をフ
ィードバックして上記粗捕捉追尾機構を相手局の方向に
駆動するので、粗捕捉制御系の制御帯域をポインティン
グセンサのサンプルレートによらずに広めることがで
き、粗捕捉制御系の捕捉精度を向上できる効果がある。

【００９５】請求項２記載の発明によれば、粗捕捉追尾
機構により受光部を相手局に大まかに向けると共に精捕
捉追尾機構により上記受光部を相手局に高精度に向ける
ように構成する光空間通信装置において、上記粗捕捉追
尾機構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾機構ジンバル
角センサと、上記精捕捉追尾機構のジンバル角を検出す
る精捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相手局との相対
誤差を検出するポインティングセンサと、このポインテ
ィングセンサ信号と上記粗捕捉追尾機構ジンバル角セン
サ信号を加算して目標値を生成する加算器とを備え、上
記加算器の出力を時定数の比較的長い粗捕捉用フィルタ
に通した出力を目標値とし上記粗捕捉追尾機構ジンバル
角をフィードバックして上記粗捕捉追尾機構を相手局の
方向に駆動すると共に、上記ポインティングセンサ信号
をリミッタと上記粗捕捉用フィルタより時定数の短い精
捕捉用フィルタに通した出力を目標値とし上記精捕捉追
尾機構ジンバル角をフィードバックして上記精捕捉追尾
機構を相手局の方向に駆動するので、粗捕捉追尾機構と
精捕捉追尾機構の干渉を回避でき、光空間通信装置の捕
捉精度を向上させるとともに、捕捉に要する時間を短縮
できる効果がある。

【００９６】請求項３記載の発明によれば、粗捕捉追尾
機構により受光部を相手局に大まかに向けると共に精捕
捉追尾機構により上記受光部を相手局に高精度に向ける
ように構成する光空間通信装置において、粗捕捉追尾機
構のジンバル角を検出する粗捕捉追尾機構ジンバル角セ
ンサと、精捕捉追尾機構のジンバル角を検出する精捕捉
追尾機構ジンバル角センサと、相手局との相対誤差を広
い範囲で検出するポインティングセンサと、相手局との
相対誤差を上記ポインティングセンサより高精度かつ高
周波数で検出するトラッキングセンサと、上記粗捕捉追
尾機構ジンバル角センサ信号と上記精捕捉追尾機構ジン
バル角センサ信号との干渉を抑制して追尾時に上記精捕
捉追尾機構のジンバル角センサ信号で上記粗捕捉追尾機
構を駆動するための精粗協調補償器と、捕捉時と追尾時
の信号の切り替えを行うスイッチとを備え、上記精捕捉
追尾機構は相手局を捕捉する場合には上記ポインティン
グセンサ信号で駆動され、相手局を追尾する場合には上
記トラッキングセンサ信号で駆動されると共に、上記粗
捕捉追尾機構は相手局を捕捉する場合には上記ポインテ
ィングセンサ信号で駆動され、相手局を追尾する場合に
は上記精捕捉追尾機構のジンバル角センサ信号で駆動さ
れるので、捕捉から追尾への切り替えを円滑に行え、光
空間通信装置の捕捉精度と捕捉速度を同時に向上させ、
しかも精粗協調補償器の働きで精捕捉追尾機構のジンバ
ル角が駆動範囲内に常に収まりながら制御系間の干渉が
排除されて追尾精度を向上できるという効果がある。

【００９７】請求項４記載の発明によれば、固定部から
揺動可能に支持された中間ジンバル部と、この中間ジン
バル部から上記中間ジンバル部の揺動軸と同じ平面内に
ありかつ直交する揺動軸を中心に揺動可能に支持された
マウントプレートと、このマウントプレートを互いに直
交する２つの上記揺動軸回りに揺動させるトルクを発生
する複数の電磁アクチュエータと、上記マウントプレー
トの揺動量を検出する検出器と、上記マウントプレート
の反中間ジンバル部対向面に固定されたミラーと、上記
マウントプレートに固着され上記揺動部全体の重心位置
を上記揺動中心に一致または近付けるためのカウンタウ
エイトとを備え、上記ミラーを互いに直交する２つの揺
動軸回りに揺動させるように構成したので、マウントプ
レートを支持する中間ジンバル部を小型軽量化でき、全
体寸法を小さく、軽量化できる。また、カウンタウエイ
トを備えたので、衛星本体から伝達してくる振動外乱に
起因する制御誤差を小さくできる。さらに、マウントプ
レートの揺動量を検出する機能を有するので、例えば請
求項２および３記載の精捕捉追尾機構ジンバル角が検出
できる効果がある。

【００９８】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載のものにおいて、揺動量検出器は、マウントプレート
の反ミラー固定面に対向配置されて上記マウントプレー
トとの距離を検出する複数の変位センサを備え、上記変
位センサの検出量から上記マウントプレートの揺動量を
算出するようにしたものであるので、マウントプレート
の揺動中心から変位センサまでの距離を大きくとれ角度
検出分解能の高い揺動量検出器が得られる。

【００９９】請求項６記載の発明によれば、請求項４ま
たは５記載のものにおいて、電磁アクチュエータは、マ
ウントプレートの反ミラー固定面に対向配置されるの
で、マウントプレートの揺動中心から電磁アクチュエー
タまでの距離を大きくとれ、電磁アクチュエータが発生
する比較的小さな並進力で大きな揺動トルクを得ること
ができる。

【０１００】請求項７記載の発明によれば、請求項４〜
６記載のものにおいて、揺動部に設けたフランジと、こ
のフランジを少なくとも対向する２方向から把持して上
記揺動部を静止状態に保持する第１、第２の把持部と、
一端部どうしが軸着され上記把持時はほぼ直線状に並ぶ
第３、第４のリンクと、上記第１の把持部と第３のリン
ク、および第２の把持部と第４のリンクをそれぞれつな
ぐ第１、第２の接続体とを備え、把持時は上記第３、第
４のリンクをほぼ直線状に保持すると共に、把持解放時
は上記軸着部に上記第３、第４のリンクと直交する方向
の力を加えて上記第３、第４のリンクを軸着部を中心に
折り曲げるように構成したので、軸着部が、組立時に展
開力が生じにくい特異点となり、小さな保持力でフラン
ジを把持できると共に、把持解放時に加える力も小さく
てよいので、保持および解放力発生機構を小型化でき、
さらに把持解放時に周辺の機器に与える影響を大幅に低
減できる。

【０１０１】請求項８記載の発明によれば、請求項７記
載のものにおいて、第３、第４のリンクが把持解放時に
折れ曲がる方向と反対方向に折れ曲がるのを防止する逆
回転防止機構を備えたので、リンクがほぼ直線状となる
特異点を越えて変位することがなく、把持時および把持
解放時に要する力をほぼ最小にすることができる。

【０１０２】請求項９記載の発明によれば、光軸上前段
に配置された第１の光学部品と、上記光軸上後段に配置
された第２の光学部品と、上記第１の光学部品を上記光
軸上から取り除く除去機構とを備えたので、第１の光学
部品が故障、性能劣化等を起こした場合等に遠隔操作で
光軸上から取り除き、予め位置決め調整をして配置され
た後段の第２の光学部品を、第１の光学部品の代わりに
使用することができ、光空間通信装置の信頼性を極めて
向上できる効果がある。

【０１０３】請求項１０記載の発明によれば、光軸上前
段に配置された光路変更用ミラーと、この光路変更用ミ
ラーによって折り返された光軸上に配置された第１の光
学部品と、上記光路変更用ミラーを光軸上から取り除く
除去機構と、上記光路変更用ミラーが光軸上から取り除
かれた状態における上記光軸上後段に配置された第２の
光学部品とを備えたので、第１の光学部品が故障、性能
劣化等を起こした場合等に第１の光学部品へビームを導
く光路変更用ミラーを遠隔操作で光軸上から取り除き、
予め位置決め調整をして配置された後段の第２の光学部
品を、第１の光学部品の代わりに使用することができ、
光空間通信装置の信頼性を極めて向上できる効果があ
る。

【０１０４】請求項１１記載の発明によれば、請求項９
または１０記載のものにおいて、除去機構は、第１の光
学部品または光路変更用ミラーを搭載する可倒台と、こ
の可倒台を回動可能に支持する支持部と、上記可倒台の
回動を阻止するロック機構部と、上記ロックを解放する
ロック解放力発生部とを備え、上記可倒台の回動により
ロック解放前に配置されていた光軸から上記光学部品ま
たは光路変更用ミラーを除去するように構成したもので
あるので、第１の光学部品の除去、または、光路変更用
ミラーの除去を遠隔操作で容易に行うことができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】各請求項記載の発明に係る光空間通信装置の全
体的な構成例を示す概念図である。

【図２】実施例１による光空間通信装置の捕捉追尾制御
系を説明するブロック図である。

【図３】実施例２による光空間通信装置の捕捉追尾制御
系を説明するブロック図である。

【図４】実施例３による光空間通信装置の捕捉追尾制御
系を説明するブロック図である。

【図５】実施例４によるミラー駆動機構の構成を示す縦
断面図である。

【図６】図５の上面図である。

【図７】図５のＤ−Ｄ線断面図である。

【図８】図５のＥ−Ｅ線断面図である。

【図９】実施例５によるミラー駆動機構の構成を示す横
断面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。

【図１１】図９のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１２】実施例６によるミラー駆動機構の部品配置を
示し、図１０のＣ−Ｃ線の位置で切った断面図である。

【図１３】実施例７によるミラー駆動機構の部品配置を
示し、図１０のＣ−Ｃ線の位置で切った断面図である。

【図１４】実施例８による光空間通信装置用のミラー駆
動機構を示す斜視図である。

【図１５】図１４のＦ−Ｆ線断面図であり、把持時の様
子を示している。

【図１６】図１４のＦ−Ｆ線断面図であり、把持解放時
の様子を示している。

【図１７】図１４をＧ方向から見た側面図である。

【図１８】実施例９による光空間通信装置用のミラー駆
動機構を示す斜視図である。

【図１９】実施例１０による光空間通信装置用のミラー
駆動機構の要部を拡大して示す斜視図である。

【図２０】実施例１１による光空間通信装置を説明する
構成図である。

【図２１】実施例１２による光空間通信装置を説明する
構成図である。

【図２２】実施例１３に係る除去機構の固定状態を示
し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図
である。

【図２３】実施例１３に係る除去機構の解放状態を示
し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図
である。

【図２４】従来の光空間通信装置を示す構成図である。

【図２５】従来の光空間通信装置用のミラー駆動機構の
構成を示す分解斜視図である。

【図２６】従来の光空間通信装置の捕捉追尾制御系を説
明するブロック図である。

【符号の説明】

１送受信望遠鏡２粗捕捉追尾機構３精捕捉追尾機構４ポインティングセンサ５トラッキングセンサ６通信用受光器７光行差補正機構８レーザ光源９マウントプレート１０支柱１１中間ジンバル部１２〜１５弾性軸受１６固定部１７ミラーホールダ１８ミラー１９カウンタウエイト２０〜２３電磁アクチュエータ２４磁気回路２５コイル２６〜２９変位センサ３０〜３３電磁吸引アクチュエータ３４フランジ３５把持部３６回転支持部３７展開ばね３８第１リンク３９第２リンク４０第３リンク４１第４リンク４２軸着部４３復元力発生部４４プーリ４５ワイヤー４６ストッパ部４７戻り止め４８予圧ばね４９ラインカッター５０ばね５１除去機構５２第１の光学部品５３、５８第２の光学部品５４光学部品５５、５６、５９光軸５７光路変更用ミラー６０搭載光学部品６１固定部６２可倒台６３ヒンジ部６４ロック機構部６５ロック解放力発生部６６回転力発生部６７粗捕捉追尾補償器６８粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ６９加算器７０粗捕捉用フィルタ７１サンプラ７２軌道予測値７３精捕捉追尾補償器７４精捕捉追尾機構ジンバル角センサ７５リミッタ７６精捕捉用フィルタ７７第１スイッチ７８精粗協調補償器７９第２スイッチ８０第３スイッチ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｂ 26/10 １０１ // Ｂ６４Ｇ 3/00 7331−3ＤＧ０５Ｄ 1/08 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に
大まかに向けると共に精捕捉追尾機構により上記受光部
を相手局に高精度に向けるように構成する光空間通信装
置において、上記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出す
る粗捕捉追尾機構ジンバル角センサと、相手局との相対
誤差を検出するポインティングセンサと、このポインテ
ィングセンサ信号と上記粗捕捉追尾機構ジンバル角セン
サ信号を加算して目標値を生成する加算器とを備え、上
記加算器の出力を目標値とし上記粗捕捉追尾機構ジンバ
ル角をフィードバックして上記粗捕捉追尾機構を相手局
の方向に駆動することを特徴とする光空間通信装置。
【請求項２】粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に
大まかに向けると共に精捕捉追尾機構により上記受光部
を相手局に高精度に向けるように構成する光空間通信装
置において、上記粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出す
る粗捕捉追尾機構ジンバル角センサと、上記精捕捉追尾
機構のジンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角
センサと、相手局との相対誤差を検出するポインティン
グセンサと、このポインティングセンサ信号と上記粗捕
捉追尾機構ジンバル角センサ信号を加算して目標値を生
成する加算器とを備え、上記加算器の出力を時定数の比
較的長い粗捕捉用フィルタに通した出力を目標値とし上
記粗捕捉追尾機構ジンバル角をフィードバックして上記
粗捕捉追尾機構を相手局の方向に駆動すると共に、上記
ポインティングセンサ信号をリミッタと上記粗捕捉用フ
ィルタより時定数の短い精捕捉用フィルタに通した出力
を目標値とし上記精捕捉追尾機構ジンバル角をフィード
バックして上記精捕捉追尾機構を相手局の方向に駆動す
ることを特徴とする光空間通信装置。
【請求項３】粗捕捉追尾機構により受光部を相手局に
大まかに向けると共に精捕捉追尾機構により上記受光部
を相手局に高精度に向けるように構成する光空間通信装
置において、粗捕捉追尾機構のジンバル角を検出する粗
捕捉追尾機構ジンバル角センサと、精捕捉追尾機構のジ
ンバル角を検出する精捕捉追尾機構ジンバル角センサ
と、相手局との相対誤差を広い範囲で検出するポインテ
ィングセンサと、相手局との相対誤差を上記ポインティ
ングセンサより高精度かつ高周波数で検出するトラッキ
ングセンサと、上記粗捕捉追尾機構ジンバル角センサ信
号と上記精捕捉追尾機構ジンバル角センサ信号との干渉
を抑制して追尾時に上記精捕捉追尾機構のジンバル角セ
ンサ信号で上記粗捕捉追尾機構を駆動するための精粗協
調補償器と、捕捉時と追尾時の信号の切り替えを行うス
イッチとを備え、上記精捕捉追尾機構は相手局を捕捉す
る場合には上記ポインティングセンサ信号で駆動され、
相手局を追尾する場合には上記トラッキングセンサ信号
で駆動されると共に、上記粗捕捉追尾機構は相手局を捕
捉する場合には上記ポインティングセンサ信号で駆動さ
れ、相手局を追尾する場合には上記精捕捉追尾機構のジ
ンバル角センサ信号で駆動されることを特徴とする光空
間通信装置。
【請求項４】固定部から揺動可能に支持された中間ジ
ンバル部と、この中間ジンバル部から上記中間ジンバル
部の揺動軸と同じ平面内にありかつ直交する揺動軸を中
心に揺動可能に支持されたマウントプレートと、このマ
ウントプレートを互いに直交する２つの上記揺動軸回り
に揺動させるトルクを発生する複数の電磁アクチュエー
タと、上記マウントプレートの揺動量を検出する検出器
と、上記マウントプレートの反中間ジンバル部対向面に
固定されたミラーと、上記マウントプレートに固着され
上記揺動部全体の重心位置を上記揺動中心に一致または
近付けるためのカウンタウエイトとを備え、上記ミラー
を互いに直交する２つの揺動軸回りに揺動させるように
構成した光空間通信装置用のミラー駆動機構。
【請求項５】揺動量検出器は、マウントプレートの反
ミラー固定面に対向配置されて上記マウントプレートと
の距離を検出する複数の変位センサを備え、上記変位セ
ンサの検出量から上記マウントプレートの揺動量を算出
するようにしたものである請求項４記載の光空間通信装
置用のミラー駆動機構。
【請求項６】電磁アクチュエータは、マウントプレー
トの反ミラー固定面に対向配置される請求項４または５
記載の光空間通信装置用のミラー駆動機構。
【請求項７】揺動部に設けたフランジと、このフラン
ジを少なくとも対向する２方向から把持して上記揺動部
を静止状態に保持する第１、第２の把持部と、一端部ど
うしが軸着され上記把持時はほぼ直線状に並ぶ第３、第
４のリンクと、上記第１の把持部と第３のリンク、およ
び第２の把持部と第４のリンクをそれぞれつなぐ第１、
第２の接続体とを備え、把持時は上記第３、第４のリン
クをほぼ直線状に保持すると共に、把持解放時は上記軸
着部に上記第３、第４のリンクと直交する方向の力を加
えて上記第３、第４のリンクを軸着部を中心に折り曲げ
るように構成したことを特徴とする請求項４ないし６の
何れかに記載の光空間通信装置用のミラー駆動機構。
【請求項８】第３、第４のリンクが把持解放時に折れ
曲がる方向と反対方向に折れ曲がるのを防止する逆回転
防止機構を備えたことを特徴とする請求項７記載の光空
間通信装置用の精捕捉追尾機構。
【請求項９】光軸上前段に配置された第１の光学部品
と、上記光軸上後段に配置された第２の光学部品と、上
記第１の光学部品を上記光軸上から取り除く除去機構と
を備えた光空間通信装置。
【請求項１０】光軸上前段に配置された光路変更用ミ
ラーと、この光路変更用ミラーによって折り返された光
軸上に配置された第１の光学部品と、上記光路変更用ミ
ラーを光軸上から取り除く除去機構と、上記光路変更用
ミラーが光軸上から取り除かれた状態における上記光軸
上後段に配置された第２の光学部品とを備えた光空間通
信装置。
【請求項１１】除去機構は、第１の光学部品または光
路変更用ミラーを搭載する可倒台と、この可倒台を回動
可能に支持する支持部と、上記可倒台の回動を阻止する
ロック機構部と、上記ロックを解放するロック解放力発
生部とを備え、上記可倒台の回動によりロック解放前に
配置されていた光軸から上記光学部品または光路変更用
ミラーを除去するように構成したものである請求項９ま
たは１０記載の光空間通信装置。