JPH0750235B2

JPH0750235B2 - 望遠鏡ミラーの支持システム

Info

Publication number: JPH0750235B2
Application number: JP62308807A
Authority: JP
Inventors: ハンス−ユルゲン・マイアー
Original assignee: カール・ツアイス−スチフツング
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: US4775230A; EP0270967A3; EP0270967B1; DE3788197D1; DE3642128A1; JPS63155112A; EP0270967A2

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」天文用の反射望遠鏡を製作する場合、ミラーが、あらゆ
る位置において、即ち重力の方向に対するその表面の傾
斜とは無関係に、その外形を変更させることなく維持で
きるように配慮しなければならない。この外形保持に対
する通常の要求は、わずか10nm RMSの範囲である。

このために、ミラー用の特別の軸受が必要である。この
軸受は、それに加えて、外力と温度変動の結果として支
持構造部からやむなく伝わつてきた変形をミラーから隔
離するという課題を持つている。大型の望遠鏡の場合に
は、数100μｍのオーダーとなり、したがつて、所望の
外形保持を大幅に越えてしまう。

〔従来の技術〕

このようなミラーを軸受けするために、今までは、軸方
向及び半径方向のミラー荷重を受け入れるほぼ専用の従
動的支持システムが利用されてきた。例えば、ツアイス
・インフオメーシヨン、27（1982）94号、ページ８〜９
に記載されているように、公知の軸方向支持システム
は、支持力を十分多い個別の支持点を通じてミラーの背
面側に一様に配分させている。この支持点の数及び配置
は、ミラーの大きさ、全重量そして不撓性に依存する。

かなり昔から、ミラーは薄肉化し、その面積は増大化す
るという傾向がある。不撓性が減少しているにもかかわ
らず、ミラーの外形保持に対する高度な要求に対応する
ためには、ミラーの外形を適切に調達された外力によつ
て強制的に補整しなければならない。これに対して、既
に、いわゆる「主動的」軸受を組み込むことが提案され
ている。この主動的軸受では、前記軸方向支持システム
の支持点に作用する力は、コンピユータにより算出さ
れ、アクチエータによつてミラー背面側に加えられる。
このアクチエータの力は、コンピユータによつて算出さ
れた配分に応じて個々に制御される。

アクチエータによつて及ぼされた力を正しく調整すれ
ば、ミラーは、外乱を受けた外形を復元する方向に適切
に変形され得る。この場合、更にミラー表面の加工に基
づく製造誤差も補整され得る。

このような支持システムは、例えば、IAU専門家会議会
報No.79「超大型望遠鏡、その運転とプログラム」Garch
ing,9〜12April1984,ページ23〜40により公知である。
そこで提案されたアクチエータは、２つの主要素から成
る:1つはその時々の支持点に作用するミラーの部分荷重
を測定するセンサー、そして１つは予測された力を生成
するモータ駆動のレバーシステム形式の電磁手段であ
る。制御手段を用いることにより、前記モータは、前記
センサーにより測定された力が、受動的基本荷重と変形
に必要な付加力とから構成される計算値と一致するよう
に調整される。

このようなシステムにおいて、支持力の制御すべき部分
的値は非に小さく、それは１つの支持点の全体の力の約
1 0/00にしかすぎず、しかも力を制御するために組み込
まれたセンサーは、その全体の力を測定するものであ
る。そのため、センサーの精度及び時間的安定性に対し
て、完全には満され得ない非常に高度な要求が出されて
いる。したがつて、予測された理想的な力の配分を実際
にミラーの背面側に付与することは困難である。この困
難性は、特に、ある一点に付加力を適切に与えるには他
の全て点の力を変更させることが必要であるということ
に原因がある。この変更は、自然に起こるのではなく、
他の全ての点を主動的に制御することによつてのみ再度
起こるものである。

西独特許発明第3521973号明細書には、アクチエータの
使用により個別の支持点において個々に調節可能な付加
力をミラーに付与することを可能にする主動的軸受に加
えて、荷重分散液圧システム形式の従動的軸受を備える
望遠鏡ミラーの支持システムが記載されている。そのア
クチエータは、従動的軸受の支持具に一定の力で接続さ
れているリニアモータである。第１図には、この公知の
支持システムの１つの支持点の構造が示されている。：各支持点は、ダイアフラム２によつて上部室３と下部室
４に分割された１つのケーシング１から成る。各室は流
体で満されており、圧力調整する目的から、管路5,6を
経て、このシステムの他の支持点の対応する室に連通し
ている。ダイアフラム２は、円板７を中央で支持してお
り、この円板は、プランジヤ８、ミラーを支える該プラ
ンジヤに取り付けられた円板16、そして主動的なミラー
の変形に対して算出された付加力を付与するプランジヤ
９に接続されている。このプランジヤ8,9は、ダイアフ
ラム10,11によつてケーシング１に対してシールされて
いる。

２つの室3,4に分割することによつて、２つの互いに隔
離された圧力システムが発生する。ミラー15が常に水平
状態にあるとするならば、下部の半室４だけが必要であ
る。しかし、ミラーは必ず傾けられるのであり、傾斜状
態にあつては流体の自重が各支持点に付加的に作用す
る、それも各状態に応じて異なるように作用する。その
ため、付加的な圧力を補整する上部の半室３が設けられ
ている。

圧力円板７のプランジヤ９として構成された下部延長部
は、リニアモータの永久磁石の電機子12に接続されてい
る。この電機子12は、プランジヤ９の方向に、該電機子
12を取り囲むコイルを流れる電流に比例する力を及ぼ
す。この力は、プランジヤ９、円板７、プランジヤ８そ
して支持円板16を介して、支持されるミラーの背面側に
直接伝達され、そして、従動的液圧支持システムの円板
７の支持力に重ねられる。

〔発明が解決すべき問題点〕

この公知の支持システムは、確かにミラーの基本荷重に
関してセルフ・アジヤステイングであり、主動的軸受に
必要な付加力の制御を単に必要としているだけである。
しかしながら、停止状態においても、各支持点の各リニ
ヤモータにエネルギが供給されるという欠点が存在す
る。それによつて、ミラー及び支持システムを歪め得る
局所的な熱源が発生する。

ここに提案された発明の課題は、停止状態においてエネ
ルギを消費することなく作動し、更に、液圧ベース上の
無定位性の従動的軸受システムと連動して操作され得る
ところの主動的に作動する支持システムを提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴とする記載に
おいて述べられた措置にしたがつた構成によつて解決さ
れる。

〔作用〕

本発明による解決に際して、ミラーの各支持点における
主動的軸受に必要とされる付加力は、従動的軸受の液圧
システム中に既に存在する圧力から取り出される。ミラ
ーの基本荷重は、この従動的軸受によつて支持される。
この付加力の大きさは、圧力円板の有効面積、ないし
は、各支持点における該圧力円板を取り囲むケーシング
の有効面積が変化せしめられることにより、調節され
る。それにもかかわらず、従動的液圧システムによつて
受け止められた基本荷重は、主動的システムから完全に
切り離されたままである。この付加力の制御方式は、停
止運転中にエネルギを消費することなく作動し、その結
果、ミラーの熱的障害は、主動的軸受を通じて発生し得
ない。

本発明の支持システムは、重力の影響を受ける地上で使
用されるミラーに対してのみ適合するのではなく、無重
力領域、即ち、大気圏外で使用されるミラーに対しても
取り付けることができる。そこでは、従動的液圧システ
ムは、確かに基本荷重（ミラーの重量）を受け止めるこ
とはない。しかし、荷重分散液圧システムは、主動的軸
受に対する一点で付与される付加力の反力が軸受の残り
の点に一様に配分されるようになすものである。主動的
軸受に必要とされる付加力を制御するコストは、それゆ
え非常にわずかで済む。

本発明の本質的なポイントは、従動的液圧軸受システム
における有効受圧面積を適切に変更する方式及び方法で
ある。このために、圧力円板の一部又は該圧力円板を取
り囲む室の一部をなす硬直自在のベローズが設けられて
いる。以上の点は、以下の実施例の記載において、添付
された図面第１〜５図に基づいてより詳細に説明され
る。

〔実施例〕

第１図は、従来技術の記載において既に詳細に説明され
ている。主動的、従動的複合ミラー軸受の作用をより良
く理解するには、前記の西独特許発明第3521973号明細
書をこの代わりに参照するのがよい。

ここに提案された発明によれば、第１図に示された支持
点におけるリニアモータ12/13を省略することができ
る。：このため、圧力円板７は、第２図に示されたよう
に修正される。

第２図において、支持点の１つにおいてミラー荷重を支
持するプランジヤは符号28で示されている。このプラン
ジヤ28は同様に、符号23,24で示された２つの圧力室を
取り囲むケーシング21内の圧力円板27に接続されてい
る。このため、ダイアフラム30,31は、ケーシング21に
対して可動に支持されたプランジヤ28をシールするのに
用いられる。室23,24は、第１図の圧力室3,4に対応して
おり、この場合においても互いに隔離されている。ミラ
ーの他の支持点の対応する室に連通させるために、室2
3,24に連通する２つの管路25,26が設けられている。

プランジヤ28によつてミラーに及ぼされる合力Qgesは、 Qges＝（P₂₃−P₂₄）・π・（▲ｒ² _eff▼−ｒ_ｏ _２）
（１）となる。ここに：ｒ_effは円形の圧力円板27の有効外径、ｒ_ｏは圧力円板27の無効な内側部分を境界づける内径で
ある。

第１図の従来技術の軸受とは対照的に、２つの室23,24
は単一のダイアフラムによつて互いに分離されているの
ではなくて、そこには、剛性の中間リングによつて互い
に接続された２組の２重ダイアフラム22a,22b;32a,32b
が設けられている。この２重ダイアフラム22a,22bは、
この場合、一側で圧力円板27に接続されており、また２
重ダイアフラム32a,32bは、一側で該圧力円板27を取り
囲むケーシング21に固定されている。それにより、各２
重ダイアフラムはリング状の中空室33,34を密閉する。

中空室33,34は、別の２つの圧力管路35,36に連通してい
る。今、その中空室33又は34の一方が昇圧されると、そ
の２重ダイアフラム22a,22b又は32a,32bにより構成され
たベローズが硬直化する。この硬直化によつて、中間リ
ング29は、２つのベローズ32又は22のどちらがより強力
に硬直化されるかに応じて、一定の強い力で、ａ）圧力円板27に連結されるか、あるいはｂ）ケーシング21に連結される。

限界点にある、即ち、この２つのベローズの一方が膨張
してかたくなり、他方が無圧となつている時のこの２つ
のケースａ）とｂ）を純粋に現象学的に観察すれば、次
のことが容易に認識される。即ち、この両方のケースに
おいて、プランジヤ28に接続された圧力円板27の有効半
径ｒ_effは相違していて、第２図の符号ｒ_ａ及びｒ_ｂで
表わされた値を取り得るのである。プランジヤ28の属す
る支持点において、支持されるべきミラーに及ぼす力
が、圧力円板27の面積に比例することから、そして室3
3,34内の圧力が互いに反転的に変更されるために、圧力
円板27の有効半径ないしは有効面積が今述べられたよう
に変化することによつて、主動的ミラー軸受に必要な変
化自在の付加力が生成されるのである。

ここにおいて、圧力円板27の有効半径は前記限界点
ｒ_ａ,r_ｂの間で無段階に調節され、そして、圧力P₃₃,P
₃₄はベローズ22,32の内部に作用することを考慮すべき
である。

ベローズ22,32の内部33,34は、伝達管路35,36を介し
て、第３図の実施例に示されているように、電気的に調
整自在の圧力小室の形態のアクチエータ要素の開口60a,
60bに連通している。

ここで符号57で表わされたアクチエータ要素は、２つの
互いに向かい合う圧力体59a,59bから成る。この圧力体
は、一側、即ちその吐出開口60a,60bの側において共通
の基板51上に固定されている。圧力体59a,59bの容積
は、軸61の回りで揺動自在のレバー55によつて反転的に
変更させられる。このために、揺動レバー55は、電動モ
ータ58に接続されたねじスピンドル54によつて駆動され
るナツト56を備えている。主動的ミラー軸受を実現する
には、当然のことながら各支持点について、別々の特有
のアクチエータ要素57を設けなければならない。このア
クチエータ要素のモータ58は、その点のミラーの測定さ
れた形状変化に応じて駆動され、それによつて中空室3
3,34内の圧力、そして同時に、ベローズ22,32の剛性が
適切に調節される。

確かに構造的には変わつているが、機能的には変わりの
ないアクチエータの別の実施例が、第４図に示されてい
る。ここでは、その断面図では明確でないモータの軸上
のウオーム歯車48によつて、ねじナツト39に装着された
ピニオン47が駆動される。このナツト39は、２つの圧力
小室52a,52bのダイアフラム50a,50bを互いに固定的に連
結しているねじスピンドル49を駆動させる。このアクチ
エータによつても、圧力小室52a,52bの開口53a,53bに接
続されたシステム内の圧力、即ち、それに接続された２
つのベローズ22,32の剛性が調節され得るのである。

主動的ミラー軸受に対する付加力の生成は、第２図に示
された実施例によれば、２つの室23,24内に圧力差が存
在する時、即ち、圧力P₂₃とP₂₄が互いに相違している時
（式１参照）にのみ、可能になる。

このような作用は、まさに圧力差P₂₃−P₂₄がミラーの重
量を支持するのに使用されるからこそ、地上に設置され
たミラーについて常に実現されている。

第２図に基づいて示された原理は、しかしながら、無重
力空間にあるミラーの主動的変形に対しても適用され得
る。このようなケースでは、―ミラーの支持点に液圧荷
重分散システムが適用されていると仮定して―第２図の
２つの室23,24内の圧力P₂₃,P₂₄が等しいために、２つの
室23,24に対する圧力円板27の有効面積を一様に変化さ
せたとしても、主動的付加力は生成され得ない。この付
加力は、むしろ圧力円板27の室23,24に隣接する面積の
非対称性によつて生成されるに違いない。このケース
は、第５図の実施例に表わされている。：ここで、圧力円板67に接続されたプランジヤ68は、２つ
の圧力室63,64を取り囲むケーシング61に対して、上端
及び下端において、２つの同心的に配設された硬直自在
の一対のベローズを介してシールされている。このプラ
ンジヤ68の上端のベローズ対70/72及び下端のベローズ
対71/73は、第２図の実施例のベローズ対22/32と同様
に、２つの互いに向かい合う個別のダイアフラム70a/70
b,72a/72b及び71a/71b,73a/73bから成るとともに、１つ
の剛性の中間リング69ないし74によつて互いに分離され
ている。この中間リング69,74には、供給管路が取り付
けられていて、その供給管路によつて、ダイアフラム間
の中空室80,82並び81,83が昇圧され、したがつてダイア
フラムによつて構成されたベローズが硬直化され得る。

２つの室63,64内の圧力を等しくして、圧力円板67に対
して力を発生させるために、管路75a,76b及び管路75b,7
6aは、それぞれ、第３図又は第４図のこの目的で使用さ
れるアクチエータの各圧力小室に接続され、その結果、
ベローズ70,73の中空室80,83内の圧力は、互いに同期的
であるが、ベローズ71,72の中空室81,82内の圧力に対し
ては反転的に変化する。

これによつて、ケーシング61の上壁及び下壁はその内径
が、そして、該壁に接続のプランジヤ68ないし圧力円板
67に属する部分は、ケーシング61の上側及び下側の外径
が、互いに反転的に変化する。例えば、中間リング69は
ケーシング61に接続され、そして中間リング74はプラン
ジヤ68に接続されるのであつて、第２図において用いら
れた現象学的描写方法がそのまま使われるのである。

この結果は、第6a,6b図の記載から明らかである。中空
室82,81が昇圧され、それによつてベローズ72,71が硬直
化すると、第6a図のケースとなる。：圧力円板67の圧力
室63に隣接する面積は、圧力円板67の圧力室64に隣接す
る面積より大きい。それにより、下方に向けられた合成
力が発生し、その合成力は、プランジヤ28によつてミラ
ーに伝達される。それに対して、中空室80,83が昇圧さ
れ、即ちベローズ70,73が硬直化すると、第6b図に示さ
れた逆のケースとなる。：圧力円板の圧力室64に隣接す
る受圧面積は、圧力円板67の圧力室63に隣接する面積よ
りも大きい。それに応じて、上方に向けられた合成力Ｆ
_ａが発生する。プランジヤ68に作用する合成力Ｑ
_gesは、第５図ないし第６図の実施例に対しては、Ｑ_ges＝P₆₃・π・(r₁ ²−r₃ ²)−P₆₄・π・(r₁ ²−r₂ ²)
（２）となる。

この公式によれば、プランジヤ68によつてミラーに及ぼ
される力は、圧力室63,64内の圧力が等しい場合でも、
変更可能であることが明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の主動的、従動的複合軸受の１支持
点部分の詳細な断面図である。第２図は、本発明の主動的、従動的複合支持システムの
支持点における圧力円板の断面を示す原理図である。第３図は、第２図の圧力円板27ないしは第５図の圧力円
板67の有効受圧面積を調節し得るアクチエータの原理図
である。第４図は、第３図に示されたアクチエータの他の構造形
態を示す。第５図は、本発明の主動的、従動的複合支持システムの
支持点における圧力円板の他の構造形態を示す。第6a図、第6b図は、第５図の圧力円板67の有効受圧面積
の変化を説明する簡単な原理図である。 21,61……ケーシング、22,32,70〜73……ベローズ、27,
67……圧力円板、23,24……圧力室、37,47……アクチエ
ータ、52,60……圧力小室、63,64……圧力室、Ｆ_ａ……
付加力、P₂₃,P₂₄,P₆₃,P₆₄……圧力、r₁−r₃,r₁−r₂……
受圧面積

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−134719（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−250710（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−26845（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4492431（ＵＳ，Ａ) 西独国特許3521973（ＤＥ，Ｃ) ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｐｔｉｃａｌＴｅｌｅｓｃｏｐｅｓ，332（1982）（米) ｐ．89−101

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主動的軸受と荷重分散液圧システムの形式
の無定位性の従動的軸受とを有し、前記主動的軸受によ
つて、個別の支持点からミラーへ及ぼされる力が個々に
調節可能ないしは制御可能であり、かつ前記従動的軸受
が、前記支持点において一定の力で、前記主動的軸受に
接続されている形式のものにおいて、前記主動的軸受に
対する付加力（Fa）が、前記従動的液圧軸受の圧力（P
₂₃,P₂₄;P₆₃,P₆₄）が作用する受圧面積の変更によつて生
成されることを特徴とする、望遠鏡ミラーの支持システ
ム。
【請求項２】各支持点における前記従動的軸受の圧力板
（27;67）の面の１部、又は、該圧力板を取り囲むケー
シング（61）の１部が、硬直自在のベローズ（22,32;70
〜73）として構成されている、特許請求の範囲第１項記
載の支持システム。
【請求項３】前記ベローズ（22,32;70〜73）の硬直度の
制御が、該ベローズ内の内圧（P₃₃,P₃₄）を変化させる
ことにより行われる、特許請求の範囲第２項記載の支持
システム。
【請求項４】前記圧力板（27）と圧力室（23,24）のケ
ーシング（21）とが、２つの同心状のベローズ（32,2
2）によつて相互に接続しており、前記有効受圧面積の
変更は、前記２つのベローズ（22,32）内の互いに反転
的な圧力上昇、ないしは、圧力低下によつて行われる、
特許請求の範囲第２項記載の支持システム。
【請求項５】前記無定位性の軸受の各支持点が、２つの
圧力室（63,64）を有しており、該圧力室の圧力は、正
反対の方向から該支持点に作用するものであり、かつ、
主動的軸受力（Fa）を発生させるために、該２つの室
（63,64）に関係する前記圧力板（67）の受圧面積（r₁
−r₃,r₁−r₂）が、互いに反転的に変更可能である、特
許請求の範囲第２項記載の支持システム。
【請求項６】各支持点に関係する前記ベローズの内圧を
生成せしめるために、２つの電気的に調節自在な圧力小
室（52;60）を有するアクチュータ（37;47）が設けられ
ている、特許請求の範囲第３項から第５項までのいずれ
か１項記載の支持システム。