JPWO2006018888A1 - 反射鏡支持機構 - Google Patents

Abstract

バイポッド１に第１のばね要素２及び第２のばね要素３を設けることによりラテラルＸ軸まわりの弾性回転が可能となる。また、ばね部材６によりラテラルＹ軸まわりの弾性回転が可能となり、平行ばね部材９によりアキシャルＺ軸方向への弾性的な並進変位が可能となる。バイポッド１の２脚は、上端部が所定の間隔を空けて、寄り合うようにアキシャルＺ軸に対して傾けて設ける。バイポッド１の２脚の中心線の交点を反射鏡の重心位置に一致させることによって、反射鏡に発生するモーメント荷重の変化を抑制する。

Description

この発明は、天体からの観測光や、ミリ波、サブミリ波を受信して天体観測を行う大型望遠鏡などに用いられ、反射鏡の鏡面を高精度に支持する反射鏡支持機構に関するものである。

宇宙からの観測光や電波を受信して天体観測する望遠鏡システムは、より高分解能で高精度な観測を行うため、近年益々システムの大型化が進んでいる。特に望遠鏡システム内の反射鏡部分は、その開口径が数ｍから数十ｍのものが検討されるに至っており、反射鏡をより高精度に支持することが必要となってきている。例えば、日本特許出願である特開平６−１１８２９５号公報には、従来の反射鏡支持機構が記載されている。この特開平６−１１８２９５号公報に開示された反射鏡支持機構は、反射鏡に支持機構設置穴を設け、支持機構による反射鏡の支持点を反射鏡の重心位置に設けるものである。このように、反射鏡をその重心位置で支持することによって、支持点と反射鏡重心位置とのずれによって生じるモーメント荷重の発生が抑制される。したがって、仰角を変更するような反射鏡の姿勢変化によって生じるモーメント荷重の変化を抑制され、反射鏡内部の応力の発生と反射鏡の形状変化とが抑制されるものである。

この従来の反射鏡支持機構においては、反射鏡の重心位置を支持するために、反射鏡に支持機構設置穴が設けられているが、各支持点において、反射鏡の母材に穴を設ける削り加工を行う必要があり、加工工数が増加し、この加工に要する日数も増加するという問題点があった。特に、反射鏡の開口径が大きくなるほど、剛性確保のために反射鏡母材の厚み寸法は大きくなり、支持機構設置穴の加工に約１年を要する場合もあった。
特開平６−１１８２９５号公報

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り、支持機構設置穴を設けることなく、反射鏡の重心位置に支持力が作用することにより、反射鏡の鏡面精度を高精度に維持して反射鏡を支持する反射鏡支持機構、及びこの反射鏡支持機構を使用した反射鏡位置決め機構を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る反射鏡支持機構は、反射鏡を取り付ける鏡取付部がラテラルＸ軸まわりに弾性回転し、その２脚の中心線が上記反射鏡のアキシャル方向重心位置において交わるバイポッドと、このバイポッドをラテラルＹ軸まわりに弾性回転するばね部材と、上記バイポッドを、上記反射鏡のアキシャル方向へ弾性的に並進変位する平行ばね部材とを備えたことを特徴とする反射鏡支持機構。

請求項２の発明に係る反射鏡支持機構は、請求項１の発明に係る反射鏡支持機構において、上記バイポッドは、その２脚にそれぞれ、溝を設けて形成した第１のばね要素と、第２のばね要素とを具備したものである。

請求項３の発明に係る反射鏡支持機構は、反射鏡を取り付ける鏡取付部がラテラルＸ軸及びラテラルＹ軸まわりに弾性回転し、その２脚の中心線が上記反射鏡のアキシャル方向重心位置において交わるバイポッドと、上記バイポッドを、上記反射鏡のアキシャル方向へ弾性的に並進変位する平行ばね部材と備え、上記バイポッドの上記鏡取付部は、上記２脚にそれぞれ、溝を設けて形成した第１のばね要素と第２のばね要素によってラテラルＸ軸まわりに弾性回転し、その２脚にそれぞれラテラルＹ軸と平行な溝を設けて形成した第３のばね要素によってラテラルＹ軸まわりに弾性回転するものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、バイポッドの２脚の中心線が反射鏡のアキシャル方向重心位置において交わるように設けているので、支持機構設置穴を設ける必要がなく、反射鏡の重心位置に支持力が作用することにより、反射鏡重心位置とのずれによって生じるモーメント荷重の発生が抑制され、反射鏡の鏡面精度を高精度に維持して反射鏡を支持する。

この発明の実施の形態１に係る反射鏡支持機構の構造を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る反射鏡支持機構を反射鏡及びミラーセルに取り付けた状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係る反射鏡支持機構の構造を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る反射鏡支持機構を反射鏡及びミラーセルに取り付けた状態を示す正面図である。 この発明の実施の形態３に係る反射鏡位置決め機構の構成を示す構成図である。

符号の説明

１ バイポッド
２ 第１のばね要素
３ 第２のばね要素
４ 鏡取付部
６ ばね部材
９ 平行ばね部材
１７ 第３のばね要素

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る反射鏡支持機構を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る反射鏡支持機構の構造を示す斜視図である。図１において、１は左右の２脚よりなるバイポッド、２はバイポッド１の上部に設けた第１のばね要素であり、３はバイポッド１の下部に設けた第２のばね要素である。これらの第１のばね要素２、第２のばね要素３はバイポッド１を形成する板材の両面から板材の中心線に向けて対称に溝を設けることにより形成する。４はバイポッド１の２脚の上端部を結合し、反射鏡を取り付ける鏡取付部、５はバイポッド１の２脚の下端部を結合するバイポッド台座である。６はバイポッド台座の底部に設けたばね部材であり、７はばね部材６の下端部に結合する中間部材である。８は取付台座であり、９は２本の平行な部材からなる平行ばね部材である。平行ばね部材９において、１０は、中間部材７側に設けたばね要素であり、１１は取付台座８側に設けたばね要素である。

バイポッド１を形成する左右の２脚は、それらの上端部が寄り合うように、図１に示すアキシャルＺ軸に対して傾きをもって設け、２脚の上端部は所定の間隔を空けて鏡取付部４により結合する。第１のばね要素２及び第２のばね３は、バイポッド１の板材の両面に、図１に示すラテラルＸ軸に平行な溝を設けて形成される薄肉の部分である。第１のばね要素２及び第２のばね要素３の部分は、バイポット１の他の部分よりも曲がり易く、ラテラルＸ軸まわりの回転弾性特性を示す。このようにバイポット１の左右２脚のそれぞれに設けた第１のばね要素２及び第２のばね要素３によって、鏡取付部４は、バイポット台座５に対してラテラルＸ軸まわりに弾性回転することができる。また、図１に示すように、バイポッド台座５と中間部材７との間に溝を設けることによって、薄肉の部分を形成し、ばね部材６を設けている。このばね部材６により、バイポッド台座５は中間部材７に対して、図１に示すラテラルＹ軸まわりに弾性回転することができる。中間部材７と取付台座８とは、平行ばね部材９を介して結合しているので、中間部材７は、取付台座８に対してアキシャルＺ軸方向に弾性的に並進変位することができる。平行ばね部材９には、中間部材７側において、その板材の両面に溝を設けてばね要素１０を形成し、取付台座８側において、その板材の両面に溝を設けてばね要素１１を形成している。このばね要素１０及びばね要素１１によって、平行ばね部材９は弾性変形することができる。

以上のように、本発明に係る反射鏡支持機構は、取付台座８に対して鏡取付部４が、アキシャルＺ軸方向への弾性的な並進変位、ラテラルＹ軸まわりの弾性回転、及びラテラルＸ軸まわりの弾性回転の３自由度を有して設けられているものである。また、第１のばね要素２、第２のばね要素３、ばね部材６、及び平行ばね部材９（ばね要素１０及びばね要素１１を含む）は、それぞれ母材の削り出しや型成形によって一体として形成することにより、部品点数が少なく、機構内のガタ要素の発生が低減できることも本発明の特徴である。なお、上記の各ばね要素及びばね部材は、板ばねなどのディスクリートなばね部品に置き換えることも可能である。

図２は、この発明の実施の形態１に係る反射鏡支持機構を反射鏡及びミラーセルに取り付けた状態を示す正面図である。図２は図１に示すラテラルＸ軸方向から見たものである。図２において、１２は反射鏡支持機構であり、１３は反射鏡である。１４は反射鏡の背面に設けられ構造的に反射鏡を支えるミラーセルであり、バックストラクチャとも呼ばれる。１５はバイポッド１の２脚のそれぞれの中心線であり、１６は反射鏡１３のアキシャルＺ軸方向の重心位置である。

バイポッド１の２脚は、それらの上端部が、所定の間隔を空けて、寄り合うようにアキシャルＺ軸に対して傾けて設けているので、中心線１５の交点は、鏡取付部４の上方に位置することとなる。この中心線の交点が、反射鏡１３のアキシャルＺ軸方向の重心位置１６に重なるようにバイポッド１の傾き及び上端部の間隔を設定する。このように、中心線１５が反射鏡１３の重心位置１６で交わることにより、バイポッド１の２脚に働く軸力の作用線が反射鏡１３の重心位置１６を通ることになるので、反射鏡１３にモーメント荷重が発生しないようにすることができる。したがって、ラテラルＸ軸（図２において紙面に垂直な軸）まわりに反射鏡１３が回転して姿勢が変化しても、反射鏡１３のアキシャルＺ軸方向の重心位置１６まわりにはモーメントが発生しないので、このような姿勢変化に伴う内部発生モーメントの変化が抑制され、高精度に反射鏡１３の面精度を維持することができる。

実施の形態２

この発明の実施の形態２に係る反射鏡支持機構を図３及び図４に基づいて説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る反射鏡支持機構の構造を示す斜視図である。図３において、１７はバイポッド１の左右２脚に設けた第３のばね要素である。なお、図３において図１と同一の符号を付した部品及び部分は、図１におけるそれらの部品及び部分と同一又は相当する部分及び部品を示す。

図３において、第３のばね要素１７は、バイポッド１の板材の両面から板材の中心線に向けて対称に溝を設けることにより形成する。第３のばね要素１７における溝は、ラテラルＹ軸に平行に設けており、この溝によって形成される薄肉部分が、第３のばね要素１７となっている。第３のばね要素１７の部分は、バイポット１の他の部分よりも曲がり易く、図３に示すラテラルＹ軸まわりに回転弾性特性を示す。なお、図３において、第３のばね要素１７は、第１のばね要素２及び第２のばね要素３の下部に設けているが、第１のばね要素２及び第２のばね要素３の上部に設けても良いし、第１のばね要素２と第２のばね要素３との間に設けても良い。

以上のように、この発明の実施の形態２に係る反射鏡支持機構は、取付台座８に対して鏡取付部４が、平行ばね部９によりアキシャルＺ軸方向への弾性的な並進変位、第３のばね要素１７によりラテラルＹ軸まわりの弾性回転、及び第１のばね要素２及び第２のばね要素３によりラテラルＸ軸まわりの弾性回転の３自由度を有して設けられているものである。また、第１のばね要素２、第２のばね要素３、第３のばね要素１７、及び平行ばね部材９（溝１０及び溝１１を含む）は、それぞれ母材からの削り出しや型成形によって一体として形成することにより、部品点数が少なく、機構内のガタ要素の発生が低減できることも本発明の特徴である。なお、上記の各ばね要素及びばね部材は、板ばねなどのディスクリートなばね部品に置き換えることも可能である。

図４は、この発明の実施の形態２に係る反射鏡支持機構を反射鏡及びミラーセルに取り付けた状態を示す正面図である。図４は図３に示すラテラルＸ軸方向から見たものである。図４において、１８は反射鏡支持機構であり、１９はバイポッド１の２脚のそれぞれの中心線である。なお、図４において、図２と同一の符号を付した部品及び部分は、図２におけるそれらの部品及び部分と同一又は相当する部品及び部分を示す。

バイポッド１の２脚は、それらの上端部が、所定の間隔を空けて、寄り合うようにアキシャルＺ軸に対して傾けて設けているので、中心線１９の交点は、鏡取付部４の上方に位置することとなる。この中心線１９の交点が、反射鏡１３のアキシャルＺ軸方向の重心位置１６に重なるようにバイポッド１の傾き及び上端部の間隔を設定する。このように、中心線１９が反射鏡１３の重心位置１６で交わることにより、バイポッド１の２脚に働く軸力の作用線が反射鏡１３の重心位置１６を通ることになるので、反射鏡１３にモーメント荷重が発生しないようにすることができる。したがって、ラテラルＸ軸（図４において紙面に垂直な軸）まわりに反射鏡１３が回転して姿勢が変化しても、反射鏡１３のアキシャルＺ軸方向の重心位置１６のまわりにはモーメントが発生しないので、このような姿勢変化に伴う内部発生モーメントの変化が抑制され、高精度に反射鏡１３の面精度を維持することができる。

実施の形態３

この発明の実施の形態３に係る反射鏡位置決め機構を図５に基づいて説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係る反射鏡位置決め機構の構成を示す構成図である。図５において、２０はミラーセル１４に設けられ、反射鏡１３をアキシャルＺ軸方向に並進駆動するアクチュエータである。図５において図２と同一の符号を付した部品及び部分は、図２におけるそれらの部品及び部分と同一又は相当する部分及び部品を示す。また、図５においては、実施の形態１において説明した反射鏡支持機構１２を図示しているが、この反射鏡支持機構１２を実施の形態２において説明した反射鏡鏡支持機構１８に代替してもよい。

アクチュエータ２０は、直動機構を具備しており、反射鏡１３をアキシャルＺ軸方向に押し引きすることができるものである。反射鏡支持機構１２の鏡取付部４は、取付台座８に対して、アキシャルＺ軸方向に弾性的に並進変位できるから、反射鏡支持機構１２の側方にアクチュエータ２０を設けて並進駆動することによって、ミラーセル１４に対する反射鏡１３のアキシャルＺ軸方向の位置を制御することができる。また、反射鏡支持機構１２の鏡取付部４は、取付台座８に対して、ラテラルＸ軸まわりに弾性回転することができるから、反射鏡支持機構１２の左右に設けたアクチュエータ２０の直動機構をそれぞれ制御することにより、ミラーセル１４に対して反射鏡１３をラテラルＸ軸まわりに回転する制御を行うことができる。同様に、反射鏡支持機構１２の鏡取付部４は、取付台座８に対して、ラテラルＹ軸まわりに弾性回転することができるから、アクチュエータ２０を図５の紙面垂直方向に配置して駆動制御することによって、ミラーセル１４に対して反射鏡１３をラテラルＸ軸まわりに回転する制御を行うことができる。また、反射鏡支持機構１２を中心にして、３つのアクチュエータ２０を１２０°対称に配置することにより、ラテラルＸ軸、ラテラルＹ軸まわりの回転、及びアキシャルＺ方向の変位を制御することもできる。

本発明は、反射鏡を設けた光学及び電波望遠鏡装置や、通信を目的として反射鏡を設けた通信アンテナ装置に使用する反射鏡支持機構及び反射鏡位置決め機構に適用することができる。

Claims (3)

1. 反射鏡を取り付ける鏡取付部がラテラルＸ軸まわりに弾性回転し、その２脚の中心線が上記反射鏡のアキシャル方向重心位置において交わるバイポッドと、このバイポッドをラテラルＹ軸まわりに弾性回転するばね部材と、上記バイポッドを、上記反射鏡のアキシャル方向へ弾性的に並進変位する平行ばね部材とを備えたことを特徴とする反射鏡支持機構。
2. 上記バイポッドは、その２脚にそれぞれ、溝を設けて形成した第１のばね要素と、第２のばね要素とを具備したことを特徴とする請求項１に記載の反射鏡支持機構。
3. 反射鏡を取り付ける鏡取付部がラテラルＸ軸及びラテラルＹ軸まわりに弾性回転し、その２脚の中心線が上記反射鏡のアキシャル方向重心位置において交わるバイポッドと、上記バイポッドを、上記反射鏡のアキシャル方向へ弾性的に並進変位する平行ばね部材と備え、上記バイポッドの上記鏡取付部は、上記２脚にそれぞれ、溝を設けて形成した第１のばね要素と第２のばね要素によってラテラルＸ軸まわりに弾性回転し、その２脚にそれぞれラテラルＹ軸と平行な溝を設けて形成した第３のばね要素によってラテラルＹ軸まわりに弾性回転することを特徴とする反射鏡支持機構。
   

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