(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体を有し、前記構造体の基準点から部材の基準点までの距離が基準軸の方向において許容範囲内となるように前記部材を保持する保持装置であって、
それぞれ、前記構造体に支持され、前記基準軸に直交する面に対して傾斜した傾斜面を含み、且つ、前記傾斜面を介して前記部材を保持する複数の保持部を有し、
前記部材および前記複数の保持部の温度が変化しても前記距離が前記許容範囲内となるように前記基準軸を含む面内において前記傾斜面が傾斜している、ことを特徴とする保持装置。
【請求項２】
前記傾斜面の傾斜角は、前記部材の熱膨張率及び形状と前記複数の保持部の熱膨張率及び形状とに基づいて、前記部材および前記複数の保持部の温度が変化しても前記距離が前記許容範囲内となるように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
【請求項３】
前記複数の保持部のそれぞれは、前記傾斜面を構成するＶ字型溝部又は平面部を有し、
前記部材は、前記Ｖ字型溝部又は前記平面部に接触する球面部を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の保持装置。
【請求項４】
前記部材の熱膨張率をα１、前記複数の保持部の熱膨張率をα３、前記傾斜面と前記部材との接触点と前記基準軸との第１温度での距離をＲ１、前記部材の前記基準点を含み前記基準軸に直交する面と前記接触点との前記第１温度での距離をＬ１１、前記複数の保持部の前記基準点を含み前記基準軸に直交する面と前記接触点との前記第１温度での距離をＬ１３、前記部材の形状係数をＣｔ１、前記複数の保持部の形状係数をＣｔ３、前記傾斜角をθ１とすると、
前記傾斜角θ１は、
θ１＝ｔａｎ−１｛（Ｌ１３・α３−Ｌ１１・α１）／（Ｒ１・（Ｃｔ３・α３−Ｃｔ１・α１））｝
を満たす、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の保持装置。
【請求項５】
前記複数の保持部は、前記傾斜面に直交する方向において前記部材と前記傾斜面とを互いに押付ける押付け部をそれぞれ含む、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の保持装置。
【請求項６】
前記複数の保持部は、第１の保持部と、第２の保持部と、第３の保持部とを含み、
前記第１の保持部は、前記基準軸に直交する方向において前記構造体の第１の基準面に接触し、
前記第２の保持部は、前記基準軸に直交する方向において前記構造体の第２の基準面に接触し、
前記第３の保持部は、圧縮ばねを有し、前記圧縮ばねは、前記基準軸に直交する方向において前記構造体の第３の基準面に接触し、
前記第３の保持部の前記傾斜面の傾斜角は、前記第１の保持部の前記傾斜面の傾斜角及び前記第２の保持部の前記傾斜面の傾斜角とは異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
【請求項７】
前記複数の保持部は、第１のＶ字型溝部を有する第１の保持部と、第２のＶ字型溝部を有する第２の保持部と、第３のＶ字型溝部を有する第３の保持部とを含み、
前記部材は、前記第１のＶ字型溝部と２点で接触する第１の球面部と、前記第２のＶ字型溝部と２点で接触する第２の球面部と、前記第３のＶ字型溝部と２点で接触する第３の球面部とを有し、
前記第１の保持部の前記傾斜面は、前記第１の球面部が前記第１のＶ字型溝部を移動したときの前記２点の軌跡がそれぞれ形成する２つの直線を含む面によって規定され、
前記第２の保持部の前記傾斜面は、前記第２の球面部が前記第２のＶ字型溝部を移動したときの前記２点の軌跡がそれぞれ形成する２つの直線を含む面によって規定され、
前記第３の保持部の前記傾斜面は、前記第３の球面部が前記第３のＶ字型溝部を移動したときの前記２点の軌跡がそれぞれ形成する２つの直線を含む面によって規定される、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
【請求項８】
前記傾斜面を構成するＶ字型溝部を有する前記複数の保持部の１つとしての第１の保持部と、
前記傾斜面を構成する平面部を有する前記複数の保持部の他の１つとしての第２の保持部と、
前記構造体に支持され、円錐型溝部を有し、且つ、前記円錐型溝部を介して前記部材を保持する第３の保持部と、を有し、
前記部材は、前記Ｖ字型溝部と２点で接触する第１の球面部と、前記平面部と１点で接触する第２の球面部と、前記円錐型溝部と３点で接触する第３の球面部とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
【請求項９】
光学素子と、
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の保持装置と、
を有し、
前記保持装置は、前記部材として前記光学素子を保持する、ことを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
光学素子と、
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の保持装置と、
を有し、
前記保持装置は、前記部材として前記光学素子を保持する、ことを特徴とする望遠鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持装置、光学装置及び望遠鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
天体望遠鏡や人工衛星などの精密機器における構成要素同士の相対的な位置精度には、高い精度が要求されている。精密機器の構成要素には、例えば、本体構造体、光学素子、センサ、アクチュエータなどが含まれ、特に、光学素子については、非常に高い位置精度が要求される。
【０００３】
精密機器においては、一般的に、製造・組立環境と使用環境とで、環境温度が大きく異なる。具体的には、天体望遠鏡では、製造・組立環境は摂氏２０℃付近であることが多く、使用環境は摂氏０℃付近であることが多い。また、人工衛星であれば、使用環境は宇宙空間の温度、即ち、摂氏−２７０℃付近になると共に、太陽光の照射によって本体構造体の局所的な温度上昇も発生する。
【０００４】
このような温度変化は、構成要素の熱膨張率に応じた変形を招き、本体構造体と光学素子との相対的な位置関係に大きな位置ずれを引き起こす。多くの構成要素は、その要求される性能を満たすため、選択できる材質が限定されている。例えば、光学素子を保持する保持装置には、低熱膨張材であるインバ等を用いることが考えられるが、光学素子を構成するガラスの熱膨張率が大きい場合には、それに合わせてチタン合金等が用いられる。この場合、温度変化による位置ずれが避けられず、環境ごとの位置決め再現性を保証することができない。また、構成要素の連結部（接続部）には、熱応力による歪が発生する。なお、このような位置ずれ及び歪は、光学素子の性能を大きく劣化させる要因となる。
【０００５】
そこで、主に温度変化による歪を低減させるために、キネマティックマウントを用いて光学素子を保持する技術が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照）。キネマティックマウントとは、保持する剛体要素に対して、その剛体としての自由度を過不足なく拘束する（即ち、６自由度について位置を拘束する）保持方式である。キネマティックマウントでは、例えば、一方の要素に３つの球面を、他方の要素に３つのＶ字型溝を配して、球面とＶ字型溝との係合によって位置決めを行う。キネマティックマウントは、歪を伝達せず、且つ、位置決めの再現性に優れているという特性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４７４８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｖａｒａｄａｒａｊａｎ  Ｋ．Ｍ．  ａｎｄ  Ｃｕｌｐｅｐｐｅｒ  Ｍ．Ｌ．，“Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  Ｆｉｘｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｎａｎｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”，  Ａｎｎｕａｌ  ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｆ  ＡＳＰＥ，  ２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、キネマティックマウントは、対象とする要素の位置を一意に決定するため、要素が大きく温度変化する場合には、所期の位置から大きくずれた位置に要素を位置決めしてしまう。そこで、特許文献１に開示された技術では、温度変化による変形が発生した場合に、保持対象部品と構造体との間のキネマティックマウントを構成する球が、可動溝部品を介して、予め定められた１自由度で移動するように構成されている。これにより、温度変化による変形が発生しても、保持対象部品を平面内において位置ずれさせることなく保持することができる。但し、特許文献１に開示された技術では、保持対象部品を基準軸に沿って位置決めすることができない。
【０００９】
また、非特許文献１には、温度変化による変形が発生して基準位置にずれが生じる場合に、３つの球のそれぞれを保持する３つのＶ字型溝の角度を制御する（変更する）ことによって任意の位置に保持対象部品を配置する技術が開示されている。但し、非特許文献１に開示された技術では、基準位置のずれ量を検出するセンサやＶ字型溝の角度を変化させるアクチュエータが必要になるため、構成が複雑、且つ、高価になってしまう。また、精密機器においては、センサ及びアクチュエータの消費電力や発熱が機器の性能に悪影響を与える可能性があることに加えて、センサ及びアクチュエータの取り付け基準自体に変形が発生した場合には、高精度な位置決めが困難になる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、温度変化に対して保持対象部材の位置決め精度の点で有利な保持装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての保持装置は、構造体を有し、前記構造体の基準点から部材の基準点までの距離が基準軸の方向において許容範囲内となるように前記部材を保持する保持装置であって、それぞれ、前記構造体に支持され、前記基準軸に直交する面に対して傾斜した傾斜面を含み、且つ、前記傾斜面を介して前記部材を保持する複数の保持部を有し、前記部材および前記複数の保持部の温度が変化しても前記距離が前記許容範囲内となるように前記基準軸を含む面内において前記傾斜面が傾斜している、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば、温度変化に対して保持対象部材の位置決め精度の点で有利な保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態における保持装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す保持装置の具体的な設計例を示す図である。
【図３】キネマティックマウントが構成された保持部（第１の保持部）１１０Ａを示す図である。
【図４】図１に示す保持装置の予圧付与部の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における保持装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示す保持装置の環境温度が変化した場合における保持装置と構造体との位置関係を示す図である。
【図７】図５に示す保持装置において、第１の保持部の傾斜面（第２の保持部の傾斜面）の勾配及び第３の保持部の傾斜面の勾配を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における保持装置の構成を示す図である。
【図９】一般的な保持装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における反射型の望遠鏡の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
＜比較例＞
図９を参照して、本発明の一側面としての保持装置の比較例として、一般的な保持装置１０００について説明する。図９（ａ）は、保持装置１０００の上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す保持装置１０００のＡ−Ａ断面図である。なお、図９（ｂ）では、説明に不要な構成要素は図示していない。
【００１６】
保持装置１０００は、保持対象の部材としての光学素子１１００を、精密機器の構造体１２００において保持する。光学素子１１００は、鏡筒１１０２と、鏡筒１１０２の周囲に等間隔（１２０度間隔）で配置された３つの鏡筒フランジ１１０４とを含む。光学素子１１００は、３つの鏡筒フランジ１１０４のそれぞれに設けられた球面（キネマ球）１１０６を介して、保持装置１０００に保持される。
【００１７】
保持装置１０００は、球面１１０６と接触する接触面１００２ａを含み、接触面１００２ａにおける球面１１０６との接触点Ｃ９１を介して、光学素子１１００を保持する３つの保持部１００２を有する。なお、図９では、説明を簡単にするために、保持部１００２（接触面１００２ａ）と球面１１０６との接触点Ｃ９１を１点としている。
【００１８】
また、保持装置１０００は、３つの保持部１００２の相対的な位置関係を規定する基板部１００４を有し、基板部１００４を介して、構造体１２００に接続する。保持装置１０００は、構造体１２００に対して、球面１１０６を保持する位置（接触点Ｃ９１）を規定することで、光学素子１１００の位置を規定する。
【００１９】
光学素子１１００は、基準軸ＡＸの上に、第１の基準点Ｐ９１を有している。また、構造体１２００は、基準軸ＡＸの上に、第２の基準点Ｐ９２を有している。ここで、第１の基準点Ｐ９１を含み、且つ、基準軸ＡＸに垂直な平面と接触点Ｃ９１との距離（即ち、第１の基準点Ｐ９１と接触点Ｃ９１との基準軸ＡＸに沿った距離）をＬ９１とする。また、第２の基準点Ｐ９２を含み、且つ、基準軸ＡＸに垂直な平面と接触点Ｃ９１との距離（即ち、第２の基準点Ｐ９２と接触点Ｃ９１との基準軸ＡＸに沿った距離）をＬ９３とする。この場合、第１の基準点Ｐ９１と第２の基準点Ｐ９２との基準軸ＡＸに沿った距離Ｌ９は、以下の式１で表される。
Ｌ９＝Ｌ９３−Ｌ９１    ・・・（式１）
距離Ｌ９に誤差がある場合、光学素子１１００の光学性能が劣化するため、距離Ｌ９を高精度に維持する必要がある。
【００２０】
図９（ｃ）は、保持装置１０００の環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合（第１温度から第２温度に変化した場合）において、光学素子１１００及び保持装置１０００の温度変化の前後の状態を模式的に示す図である。図９（ｃ）では、温度変化の前の状態、即ち、図９（ｂ）と同じ状態の光学素子１１００及び保持装置１０００を破線で示し、温度変化の後の状態の光学素子１１００’及び保持装置１０００’を実線で示している。
【００２１】
環境温度の変化があった場合、光学素子１１００及び保持装置１０００は、それぞれの熱膨張率α１及びα３（α１＜α３）に応じて、形状が変化する（変形する）。ここで、光学素子１１００及び保持装置１０００は軸対称な形状を有し、両者間の拘束も軸対称であるため、ｘｙ平面内の形状の変化も軸対称に発生する。
【００２２】
図９（ｃ）において、ｚ軸方向の変形に着目すると、保持装置１０００の変形（収縮）によって、第２の基準点Ｐ９２と接触点Ｃ９１との基準軸ＡＸに沿った距離は、Ｌ９３からＬ９３’に変化する。また、光学素子１１００の変形（収縮）によって、第１の基準点Ｐ９１と接触点Ｃ９１との基準軸ＡＸに沿った距離は、Ｌ９１からＬ９１’に変化する。従って、Ｌ９３’及びＬ９１’のそれぞれは、以下の式２及び式３で表される。
Ｌ９３’＝Ｌ９３−（Ｌ９３・α３・ΔＴ）    ・・・（式２）
Ｌ９１’＝Ｌ９１−（Ｌ９１・α１・ΔＴ）    ・・・（式３）
一方、図９（ｃ）において、ｙ軸方向の変形に着目すると、光学素子１１００が変形（収縮）することで、基準軸ＡＸと接触点との基準軸ＡＸに垂直な方向に沿った距離は、Ｒ９からＲ９１’に変化する。また、保持装置１０００が変形（収縮）することで、基準軸ＡＸと接触点との基準軸ＡＸに垂直な方向に沿った距離は、Ｒ９からＲ９３’に変化する。Ｒ９１’は、光学素子１１００の形状に応じた形状係数Ｃｔを用いて、以下の式４で表される。なお、形状係数Ｃｔは、理論的に求めてもよいし、ＦＥＭ解析などで導出してもよい。
Ｒ９１’＝Ｒ９−Ｒ９・Ｃｔ・α１・ΔＴ    ・・・（式４）
温度変化の前の接触点Ｃ９１と温度変化の後の接触点Ｃ９２との基準軸ＡＸに垂直な方向に沿った距離ΔＲ９は、以下の式５で表される。
ΔＲ９＝Ｒ９１’−Ｒ９３’    ・・・（式５）
このとき、球面１１０６にｚ軸方向の変位は発生しない。従って、温度変化の後の第１の基準点Ｐ９１と第２の基準点Ｐ９２との基準軸ＡＸに沿った距離Ｌ９’は、以下の式６で表される。
Ｌ９’＝Ｌ９３’−Ｌ９１’    ・・・（式６）
基準軸ＡＸに沿った方向（ｚ軸方向）の距離の変化は、構造体１２００に対する光学素子１１００の位置ずれとなり、光学素子１１００の光学性能の劣化を引き起こす。従って、光学素子１１００の光学性能を劣化させないためには、Ｌ９’＝Ｌ９を満たすことが必要となる。
【００２３】
式１と式６との差分は、式２及び式３を用いて、以下の式７で表される。
Ｌ９’−Ｌ９＝−Ｌ９３・α３・ΔＴ＋Ｌ９１・α１・ΔＴ    ・・・（式７）
式７の右辺が０になれば、光学素子１１００の光学性能は劣化しない。従って、以下の式８に示す条件を満たすことが必要となる。
Ｌ９３・α３＝Ｌ９１・α１    ・・・（式８）
式８において、Ｌ９１及びＬ９３は、第１の基準点Ｐ９１と第２の基準点Ｐ９２との基準軸ＡＸに沿った距離Ｌ９を規定することで一意に定まる。但し、Ｌ９１及びＬ９３は光学設計によって定まるため、自由度が少ない。更に、熱膨張率については、α１は光学素子１１００の材質によってほぼ限定され、α３も機械的性質を優先すると自由度が少ない。
【００２４】
このように、一般的な保持装置１０００では、Ｌ９１、Ｌ９３、α１及びα３（即ち、式８におけるパラメータ）の自由度が少ないため、式８に示す条件を満たすことが非常に困難である。換言すれば、一般的な保持装置１０００では、温度変化の前後において、第１の基準点Ｐ９１と第２の基準点Ｐ９２との相対距離を一定に維持することが困難であり、光学素子１１００の光学性能の劣化を引き起こしてしまう。
【００２５】
なお、これまでは、保持装置１０００の環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合について説明したが、保持装置１０００の環境温度が上昇した場合には、光学素子１１００及び保持装置１０００が膨張するため、同様の課題が発生することが理解されるであろう。
＜第１の実施形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施形態における保持装置１００について説明する。図１（ａ）は、保持装置１００の上面図であり、図２（ｂ）は、図１（ａ）に示す保持装置１００のＡ−Ａ断面図である。なお、図２（ｂ）では、説明に不要な構成要素は図示していない。
【００２６】
保持装置１００は、保持対象の部材としての光学素子２００を、精密機器の構造体３００において、光学素子２００が有する第１の基準点Ｐ１１と構造体３００が有する第２の基準点Ｐ１２との相対距離を一定（一定値）に維持しながら保持する。光学素子２００は、鏡筒２１０と、鏡筒２１０の周囲に等間隔（１２０度間隔）で配置された３つの鏡筒フランジ２２０とを含む。なお、３つの鏡筒フランジ２２０のそれぞれには、球面（キネマ球からなる球面部）２３０が設けられている。
【００２７】
保持装置１００は、第１の基準点Ｐ１１と第２の基準点Ｐ１２とを結ぶ基準軸ＡＸに垂直な面に対して勾配θ１（傾斜角θ１）を有する傾斜面１１０ａを含む複数（本実施形態では、３つ）の保持部１１０を有する。保持部１１０は、傾斜面１１０ａにおける球面２３０との接触点Ｃ１１を介して、光学素子２００を保持する。なお、図１では、説明を簡単にするために、保持部１１０（傾斜面１１０ａ）と球面２３０との接触点Ｃ１１を１点としている。但し、後述するように、保持部１１０には、光学素子２００に歪を伝達せず、且つ、その位置を拘束するために、キネマティックマウントが構成されていることが好ましい。これにより、保持装置１００は、光学素子２００に対して、その剛体としての自由度を過不足なく（即ち、６自由度について位置を）拘束する。
【００２８】
また、保持装置１００は、３つの保持部１１０の相対的な位置関係を規定する基板部１２０を有し、基板部１２０を介して、構造体３００に接続する。保持装置１００は、構造体３００に対して、球面２３０を保持する位置（接触点Ｃ１１）を規定することで、光学素子２００の位置を規定する。
【００２９】
ここで、第１の基準点Ｐ１１を含み、且つ、基準軸ＡＸに垂直な（直交する）平面と接触点Ｃ１１との距離（即ち、第１の基準点Ｐ１１と接触点Ｃ１１との基準軸ＡＸに沿った距離）をＬ１１とする。また、第２の基準点Ｐ１２を含み、且つ、基準軸ＡＸに垂直な平面と接触点Ｃ１１との距離（即ち、第２の基準点Ｐ１２と接触点Ｃ１１との基準軸ＡＸに沿った距離）をＬ１３とする。この場合、第１の基準点Ｐ１１と第２の基準点Ｐ１２との基準軸ＡＸに沿った距離Ｌ１は、以下の式９で表される。
Ｌ１＝Ｌ１３−Ｌ１１    ・・・（式９）
図１（ｃ）は、保持装置１００の環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合において、光学素子２００及び保持装置１００の温度変化の前後の状態を模式的に示す図である。図１（ｃ）では、温度変化の前、即ち、図１（ｂ）と同じ状態の光学素子２００及び保持装置１００を破線で示し、温度変化の後の光学素子２００’及び保持装置１００’を実線で示している。
【００３０】
環境温度の変化があった場合、光学素子２００及び保持装置１００は、それぞれの熱膨張率α１及びα３（α１＜α３）に応じて、形状が変化する（変形する）。ここで、光学素子２００及び保持装置１００は軸対称な形状を有し、両者間の拘束も軸対称であるため、ｘｙ平面内の形状の変化も軸対称に発生する。
【００３１】
図１（ｃ）において、ｚ軸方向の変形に着目すると、保持装置１００の変形（収縮）によって、第２の基準点Ｐ１２と接触点Ｃ１１との基準軸ＡＸに沿った距離は、Ｌ１３からＬ１３’に変化する。また、光学素子２００の変形（収縮）によって、第１の基準点Ｐ１１と接触点Ｃ１１との基準軸ＡＸに沿った距離は、Ｌ１１からＬ１１’に変化する。従って、Ｌ１３’及びＬ１１’のそれぞれは、以下の式１０及び式１１で表される。
【００３２】
Ｌ１３’＝Ｌ１３−（Ｌ１３・α３・ΔＴ）    ・・・（式１０）
Ｌ１１’＝Ｌ１１−（Ｌ１１・α１・ΔＴ）    ・・・（式１１）
一方、図１（ｃ）において、ｙ軸方向の変形に着目すると、光学素子２００が変形（収縮）することで、基準軸ＡＸと接触点との基準軸ＡＸに垂直な方向に沿った距離は、Ｒ１からＲ１１’に変化する。Ｒ１１’は、光学素子２００の形状に応じた形状係数Ｃｔ１を用いて、以下の式１２で表される。なお、形状係数Ｃｔ１は、理論的に求めてもよいし、ＦＥＭ解析などで導出してもよい。
Ｒ１１’＝Ｒ１−Ｒ１・Ｃｔ１・α１・ΔＴ    ・・・（式１２）
また、保持装置１００が変形（収縮）することで、基準軸ＡＸと接触点との基準軸ＡＸに垂直な方向に沿った距離は、Ｒ１からＲ１３’に変化する。Ｒ１３’は、保持装置１００の形状に応じた形状係数Ｃｔ３を用いて、以下の式１３で表される。なお、形状係数Ｃｔ３は、理論的に求めてもよいし、ＦＥＭ解析などで導出してもよい。
Ｒ１３’＝Ｒ１−Ｒ１・Ｃｔ３・α３・ΔＴ    ・・・（式１３）
このとき、球面２３０は、保持部１１０の傾斜面１１０ａの上を、勾配θ１に沿って移動する。具体的には、球面２３０は、ｙ軸方向に収縮することでｚ軸方向にも移動し、接触点Ｃ１２において傾斜面１１０ａに接触する。換言すれば、接触点は、温度変化の前後において、傾斜面内の異なる点に位置する。温度変化の後の接触点Ｃ１２は、温度変化の前の接触点Ｃ１１に対して、ｚ軸方向にΔｚｔだけ移動する。Δｚｔは、以下の式１４で表される。
Δｚｔ＝（Ｒ１１’−Ｒ１３’）・ｔａｎθ１    ・・・（式１４）
従って、温度変化の後の第１の基準点Ｐ１１と第２の基準点Ｐ１２との基準軸ＡＸに沿った距離Ｌ１’は、以下の式１５で表される。
Ｌ１’＝Ｌ１３’−Ｌ１１’＋Δｚｔ    ・・・（式１５）
ここで、光学素子２００の光学性能を劣化させないためには、Ｌ１’＝Ｌ１を満たすことが必要となる。
【００３３】
式９と式１５の差分は、式１０乃至式１４を用いて、以下の式１６で表される。
Ｌ１’−Ｌ１＝｛−Ｌ１３・α３＋Ｌ１１・α１＋（−Ｒ１・Ｃｔ１・α１＋Ｒ１・Ｃｔ３・α３）ｔａｎθ１｝ΔＴ    ・・・（式１６）
本実施形態では、式１６の右辺が０となるように傾斜面１１０ａの勾配θ１を設定することで、温度変化の前後において、光学素子２００の位置ずれを防止し、光学素子２００の光学性能の劣化を防止する。具体的には、傾斜面１１０ａの勾配θ１が、基準軸ＡＸに垂直な面に対して、以下の式１７を満たせばよい。
θ１＝ｔａｎ−１｛（Ｌ１３・α３−Ｌ１１・α１）／（Ｒ１・（Ｃｔ３・α３−Ｃｔ１・α１））｝    ・・・（式１７）
なお、勾配θ１は、光学素子２００と構造体３００との相対位置から一意に決定され、保持装置１００は、製造・組立環境と使用環境とで、環境温度が大きく異なる場合にも、光学素子２００と構造体３００との相対位置を変化させることなく維持することができる。また、勾配θ１は、温度変化にかかわらず一定であるため、保持装置１００は、環境温度が大きく変化する場合であっても、光学素子２００と構造体３００との相対位置を常に一定に維持することができる。
【００３４】
このように、本実施形態の保持装置１００では、温度変化の前後において、球面２３０と傾斜面１１０ａとの接触点が傾斜面内の異なる点に位置することによって第１の基準点Ｐ１１と第２の基準点Ｐ１２との基準軸ＡＸに沿った距離を一定に維持する。従って、保持装置１００は、温度変化の前後において、光学素子２００の位置ずれを防止し、光学素子２００の光学性能の劣化を防止することができる。
【００３５】
図２は、保持装置１００の具体的な設計例を示す図である。図２では、Ｌ１３、α３、Ｃｔ３、Ｌ１１、α１、Ｃｔ１及びＲ１のそれぞれが互いに異なる５つの設計パターン（設計パターン１乃至５）に対する傾斜面１１０ａの勾配θ１が示されている。例えば、設計パターン１においては、傾斜面１１０ａの勾配θ１は７６度となり、設計パターン５においては、傾斜面１１０ａの勾配θ１は３１度となる。なお、保持装置１００の材料はステンレス（熱膨張率α３＝１．４３×１０−５ｐｐｍ）とし、光学素子２００の材料はチタン合金（熱膨張率α１＝８．８×１０−６ｐｐｍ）としている。また、保持装置１００及び光学素子２００の形状は円環形状とし、保持装置１００及び光学素子２００の形状係数は０．５としている。
【００３６】
上述したように、３つの保持部１１０のそれぞれには、キネマティックマウントが構成されていることが好ましい。図３は、キネマティックマウントが構成された３つの保持部１１０のうち１つの保持部（第１の保持部）１１０Ａ１を示す図である。なお、図３では、鏡筒２１０の周囲に配置された鏡筒フランジ２２０を半透明化して図示している。
【００３７】
図３に示すように、保持部１１０Ａ１には、第１の平面１１２ａ、第２の平面１１２ｂ及び第１の平面１１２ａと第２の平面１１２ｂとの稜線１１２ｃで構成されたＶ字型溝（第１のＶ字型溝）１１２が形成されている。鏡筒フランジ２２０に設けられた球面（第１の球面部）２３０は、Ｖ字型溝１１２と２点で接触し、詳細には、第１の平面１１２ａ内における接触点ＣＰ１、及び、第２の平面１１２ｂ内における接触点ＣＰ２を介して、Ｖ字型溝１１２に接触している。このように、Ｖ字型溝１１２が形成された保持部１１０は、球面２３０を有する光学素子２００の２自由度を拘束する。
【００３８】
環境温度の変化によって、球面２３０がＶ字型溝１１２に接触点ＣＰ１及びＣＰ２で接触しながら、即ち、２自由度を拘束されながら移動すると、接触点ＣＰ１及びＣＰ２のそれぞれは、平行な２つの直線ＬＬ１及びＬＬ２の上を移動する。換言すれば、球面２３０がＶ字型溝１１２を移動したときの接触点ＣＰ１及びＣＰ２の軌跡は、２つの直線ＬＬ１及びＬＬ２をそれぞれ形成する。そして、２つの直線ＬＬ１及びＬＬ２を含む面によって、保持部１１０Ａ１の傾斜面１１０ａが規定される。なお、稜線１１２ｃと基準軸ＡＸとを含む面に対してＶ字型溝１１２が対称である場合、２つの直線ＬＬ１及びＬＬ２と稜線１１２ｃとは平行であるため、稜線１１２ｃの角度を傾斜面１１０ａの勾配として、Ｖ字型溝１１２を形成するとよい。
【００３９】
また、図示は省略するが、３つの保持部１１０のうち他の１つの保持部（第２の保持部）ついても同様に、鏡筒フランジ２２０に設けられた球面（第２の球面部）に２つの接触点で接触するＶ字型溝（第２のＶ字型溝）が形成されている。そして、第２の球面が第２のＶ字型溝を移動したときの２つの接触点の軌跡のそれぞれが形成する２つの直線を含む面によって、第２の保持部の傾斜面が規定されている。更に、３つの保持部１１０の残りの１つの保持部（第３の保持部）ついても同様に、鏡筒フランジ２２０に設けられた球面（第３の球面部）に２つの接触点で接触するＶ字型溝（第３のＶ字型溝）が形成されている。そして、第３の球面が第３のＶ字型溝を移動したときの２つの接触点の軌跡のそれぞれが形成する２つの直線を含む面によって、第３の保持部の傾斜面が規定されている。
【００４０】
また、保持装置１００は、図４に示すように、光学素子２００を保持した状態において、光学素子２００に対して傾斜面１１０ａに垂直な方向に予圧を付与する予圧付与部１３０を有することが好ましい。予圧付与部１３０は、傾斜面１１０ａに垂直な方向に光学素子と傾斜面とを互いに押付ける押付け部として機能する。これにより、振動や衝撃に起因する光学素子２００の位置ずれを防止することが可能となる。
【００４１】
図４を参照するに、予圧付与部１３０は、例えば、ボルト１３２と、ナット１３４と、スロット１３６とを含む。ボルト１３２は、鏡筒フランジ２２０に形成された貫通孔２２２及び球面２３０に形成された貫通孔２３２を介して、保持部１１０に形成されたスロット１３６において、ナット１３４に締結されている。なお、保持部１１０の傾斜面１１０ａに垂直な方向のみに予圧を付与するために（即ち、傾斜面１１０ａに垂直な方向以外の方向に力を付与しないように）、貫通孔２２２及び２３２は、傾斜面１１０ａに対してボルト１３２が垂直に対向するように形成されている。環境温度の変化があった場合、ボルト１３２及びナット１３４は、予圧を維持しながら傾斜面１１０ａに接触している球面２３０を移動させるため、光学素子２００に歪は生じない。
【００４２】
また、光学素子２００に対して傾斜面１１０ａに垂直な方向に予圧を付与する場合には、球面２３０と傾斜面１１０ａとの接触点が点ではなく面になってしまうことがあるが、その量は微小（即ち、点が微小面となるだけ）であるため何ら問題ない。
【００４３】
本実施形態では、光学素子２００の球面２３０を、保持部１１０の傾斜面１１０ａに対して移動させている。但し、鏡筒フランジ２２０が基準軸ＡＸに垂直な面に対して勾配を有する傾斜面を含み、かかる傾斜面に対して保持部１１０に形成された球面を移動させても同様な効果を得ることができる。
【００４４】
また、光学素子２００の球面２３０及び保持部１１０の傾斜面１１０ａ（Ｖ字型溝）においては、摩擦を極力小さく、且つ、摺動による損耗を少なくすることが好ましい。従って、光学素子２００の球面２３０及び保持部１１０の傾斜面１１０ａ（Ｖ字型溝）には、フッ素樹脂コーティングやダイヤモンドライクカーボンコーティングなどの処理を施して、摩擦係数や摩耗を低減させるとよい。
＜第２の実施形態＞
図５を参照して、本発明の第２の実施形態における保持装置１００Ａについて説明する。本実施形態では、保持装置１００Ａは、構造体３００に対して、キネマティックにその位置が拘束されている。図５（ａ）は、保持装置１００Ａの上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す保持装置１００ＡのＡ−Ａ断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す保持装置１００ＡのＢ−Ｂ断面図である。なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）では、説明に不要な構成要素は図示していない。
【００４５】
構造体３００は、第１の保持部１１０Ｂ１、第２の保持部１１０Ｂ２及び第３の保持部１１０Ｂ３のそれぞれに対して、保持装置１００Ａの取り付け基準となる第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３を有する。第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３は、本実施形態では、構造体３００に段差部として構成された平面であるが、保持装置１００Ａの位置を過不足なく拘束することが可能であれば、円筒面や球面であってもよい。但し、第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３が円筒面である場合には、ｚ軸周りの回転自由度を拘束することができないため、基準となる角度決め機構を有するとよい。
【００４６】
第１の保持部１１０Ｂ１は、第１の端Ｅ１及び第２の端Ｅ２を含む第１の剛体部材１５０Ｂ１を有する。第１の剛体部材１５０Ｂ１は、第１の端Ｅ１において第１の保持部１１０Ｂ１に連結し、第２の端Ｅ２において第１の基準面３１０Ｂ１に接触する。同様に、第２の保持部１１０Ｂ２は、第３の端及び第４の端を含む第２の剛体部材１５０Ｂ２を有する（図６参照）。第２の剛体部材１５０Ｂ２は、第３の端において第２の保持部１１０Ｂ２に連結し、第４の端において第２の基準面３１０Ｂ２に接触する。第３の保持部１１０Ｂ３は、第５の端Ｅ５及び第６の端Ｅ６を含むばね部材（圧縮ばね）１５０Ｂ３を有する。ばね部材１５０Ｂ３は、第５の端Ｅ５において第３の保持部１１０Ｂ３に連結し、第６の端Ｅ６において第３の基準面３１０Ｂ３に接触する。なお、第１の剛体部材１５０Ｂ１及び第２の剛体部材１５０Ｂ２のそれぞれは、第１の基準面３１０Ｂ１及び第２の基準面３１０Ｂ２に対して、保持装置１００Ａの１自由度を拘束する。一方、ばね部材１５０Ｂ３は、例えば、コイルばね、プランジャ（流体ばね）、板ばねなどで構成され、第３の基準面３１０Ｂ３に対して、ばねの変位方向（基準軸ＡＸに垂直な方向）のみに自由度を有する。但し、ばね部材１５０Ｂ３は、ばね力による予圧によって、保持装置１００Ａを拘束する。このように、保持装置１００Ａは、構造体３００に対して、第１の剛体部材１５０Ｂ１、第２の剛体部材１５０Ｂ２及びばね部材１５０Ｂ３によって、その位置が決定される。なお、ばね部材１５０Ｂ３は、ばねの変位方向に大きく変位することが予想されるため、１軸方向の自由度のみを有するガイドを備えていてもよい。
【００４７】
また、第１の保持部１１０Ｂ１は、基準軸ＡＸに垂直な面に対して勾配（角度）θ２１を有する傾斜面１１０Ｂ１ａにおける光学素子２００の第１の球面２３０Ｂ１との接触点Ｃ２１ａを介して、光学素子２００を保持する。同様に、第２の保持部１１０Ｂ２は、基準軸ＡＸに垂直な面に対して勾配（角度）θ２１を有する傾斜面における光学素子２００の第２の球面との接触点を介して、光学素子２００を保持する。第３の保持部１１０Ｂ３は、基準軸ＡＸに垂直な面に対して勾配（角度）θ２２を有する傾斜面１１０Ｂ３ａにおける光学素子２００の第３の球面２３０Ｂ３との接触点Ｃ２１ｂを介して、光学素子２００を保持する。
【００４８】
図６は、保持装置１００Ａの環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合における保持装置１００と構造体３００との位置関係を示す図である。図６（ａ）は、保持装置１００Ａが構造体３００の第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３に対して拘束されていない場合を示している。図６（ｂ）は、保持装置１００Ａが構造体３００の第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３に対して拘束されている場合を示している。温度変化の前の第１の剛体部材１５０Ｂ１、第２の剛体部材１５０Ｂ２及びばね部材１５０Ｂ３と第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３との３つの接触点からなる三角形をＴＲ２で表す。また、温度変化の後の第１の剛体部材１５０Ｂ１’、第２の剛体部材１５０Ｂ２’及びばね部材１５０Ｂ３’と第１の基準面３１０Ｂ１、第２の基準面３１０Ｂ２及び第３の基準面３１０Ｂ３との３つの接触点からなる三角形をＴＲ２’で表す。
【００４９】
図６（ａ）を参照するに、第１の剛体部材１５０Ｂ１、第２の剛体部材１５０Ｂ２及びばね部材１５０Ｂ３は、環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合に、基準軸ＡＸに対して回転対称に収縮し、３つの接触点からなる三角形は、ＴＲ２からＴＲ２’に変化する。このとき、保持装置１００Ａは、基準軸ＡＸに垂直な方向（半径方向）に収縮し、その半径がＲ２３からＲ２３’に変化する。
【００５０】
一方、図６（ｂ）を参照するに、環境温度がΔＴ℃だけ低下すると、第１の剛体部材１５０Ｂ１及び第２の剛体部材１５０Ｂ２のそれぞれは、第１の基準面３１０Ｂ１及び第２の基準面３１０Ｂ２に沿って移動する。また、ばね部材１５０Ｂ３は、基準軸ＡＸに垂直な方向（半径方向）に変形して、保持装置１００Ａの変形による歪をかわしている。この際、第１の剛体部材１５０Ｂ１及び第２の剛体部材１５０Ｂ２のそれぞれと基準軸ＡＸとの半径方向の距離は、第１の基準面３１０Ｂ１及び第２の基準面３１０Ｂ２で規定されているため、Ｒ２３で変化しない。但し、ばね部材１５０Ｂ３は、基準軸ＡＸに垂直な方向（半径方向）に大きく変位し、その半径方向の距離は、Ｒ２３からＲ２３ｂ’に変化する。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、半径がＲ２３からＲ２３’に変化する場合、その変化分δＲは、以下の式１８で表される。
δＲ＝Ｒ２３−Ｒ２３’    ・・・（式１８）
また、図６（ｂ）に示すように、第１の剛体部材１５０Ｂ１及び第２の剛体部材１５０Ｂ２のそれぞれが第１の基準面３１０Ｂ１及び第２の基準面３１０Ｂ２に規定される場合を考える。この場合、ばね部材１５０Ｂ３の半径方向の変化分δＲ２３ｂ’は、第１の剛体部材１５０Ｂ１（第２の剛体部材１５０Ｂ２）の移動量のｙ軸成分δｙと、δＲとの和となり、以下の式１９で表される。
δＲ２３ｂ’＝δｙ＋δＲ    ・・・（式１９）
ここで、図６（ｃ）を参照して、第１の剛体部材１５０Ｂ１の移動量のｙ軸成分δｙについて説明する。第１の剛体部材１５０Ｂ１は、第１の基準面３１０Ｂ１がない場合、基準軸ＡＸに垂直な方向（半径方向）にδＲだけ変形する。但し、第１の基準面３１０Ｂ１がある場合には、第１の剛体部材１５０Ｂ１は、半径方向に変形することができないため、第１の基準面３１０Ｂ１に沿って移動することになる。従って、第１の剛体部材１５０Ｂ１は、図６（ｃ）に示すように、ｘ軸方向において、距離ｘ１を維持するように第１の基準面３１０Ｂ１に沿って移動し、ｙ軸方向においてδｙだけ移動する。なお、δｙは、幾何学的な関係から、以下の式２０で表される。
δｙ＝２δＲ    ・・・（式２０）
また、式１９及び式２０から、δＲ２３ｂ’は、以下の式２１で表される。
δＲ２３ｂ’＝３δＲ    ・・・（式２１）
従って、式２０で表される第１の剛体部材１５０Ｂ１（第２の剛体部材１５０Ｂ２）の移動量のｙ軸成分は、基準軸ＡＸに対する保持装置１００Ａの移動量である。また、式２０で表される第１の剛体部材１５０Ｂ１（第２の剛体部材１５０Ｂ２）の移動量のｙ軸成分は、保持装置１００Ａが構造体３００に対して拘束されていない場合における光学素子の球面の基準軸ＡＸに対する移動量でもある。
【００５２】
図６（ｃ）を参照するに、第１の剛体部材１５０Ｂ１（第２の剛体部材１５０Ｂ２）と基準軸ＡＸとの基準軸ＡＸに垂直な方向に沿った距離は、Ｒ２３からＲ２３’に変化しているが、かかる変化量は微小であるため無視することが可能である。Ｒ２３’は、以下の式２２で表される。
Ｒ２３’＝ｓｑｒｔ（Ｒ２３２＋（（（√３）／２）δｙ）２）
＝ｓｑｒｔ（Ｒ２３２＋３δＲ２）≒Ｒ２３        ・・・（式２２）
以下、図７を参照して、第１の保持部１１０Ｂ１の傾斜面１１０Ｂ１ａ（第２の保持部１１０Ｂ２の傾斜面）の勾配θ２１及び第３の保持部１１０Ｂ３の傾斜面１１０Ｂ３ａの勾配θ２２について説明する。図７（ａ）は、保持装置１００の環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合において、光学素子２００及び第１の保持部１１０Ｂ１の温度変化の前後の状態を模式的に示す図である。図７（ａ）では、温度変化の前の光学素子２００及び第１の保持部１１０Ｂ１を破線で示し、温度変化の後の光学素子２００’及び第１の保持部１１０Ｂ１’を実線で示している。また、図７（ｂ）は、保持装置１００の環境温度がΔＴ℃だけ低下した場合において、光学素子２００及び第３の保持部１１０Ｂ３の温度変化の前後の状態を模式的に示す図である。図７（ｂ）では、温度変化の前の光学素子２００及び第３の保持部１１０Ｂ３を破線で示し、温度変化の後の光学素子２００’及び第３の保持部１１０Ｂ３’を実線で示している。
【００５３】
図７（ａ）を参照するに、環境温度の変化があっても、第１の保持部１１０Ｂ１は、上述したように（即ち、第１の剛体部材１５０Ｂ１が第１の基準面３１０Ｂ１に接触しているため）、基準軸ＡＸに垂直な方向（半径方向）には変形しない。一方、光学素子２００は、環境温度の変化があると、基準軸ＡＸに垂直な方向に変形（収縮）する。従って、第１の球面２３０Ｂ１は、光学素子２００の収縮に応じて、Δｚｔａだけ移動する。Δｚｔａと第１の保持部１１０Ｂ１の傾斜面１１０Ｂ１ａの勾配θ２１との関係は、以下の式２３で表される。なお、Ｒ２は、第１の基準点Ｐ９１と温度変化の前の接触点Ｃ２１ａとの基準軸ＡＸに沿った距離であり、Ｒ２１’は、第１の基準点Ｐ９１と温度変化の後の接触点Ｃ２２ａとの基準軸ＡＸに沿った距離である。
Δｚｔａ＝（Ｒ２−Ｒ２１’）・ｔａｎθ２１    ・・・（式２３）
従って、第１の保持部１１０Ｂ１において、光学素子２００の第１の球面２３０Ｂ１を保持する位置Ｌ２’は、以下の式２４で表される。
Ｌ２’＝Ｌ２３’−Ｌ２１’−Δｚｔａ    ・・・（式２４）
温度変化の前後において、第１の球面２３０Ｂ１を不動にするためには、Ｌ２＝Ｌ２’でなければならない。従って、第１の保持部１１０Ｂ１の傾斜面１１０Ｂ１ａの勾配θ２１は、以下の式２５を満たす必要がある。
θ２１＝ｔａｎ−１｛（Ｌ２１・α１−Ｌ２３・α３）／（Ｒ２・Ｃｔ１・α１）｝    ・・・（式２５）
一方、図７（ｂ）に示す第３の保持部１１０Ｂ３に保持される光学素子２００の第３の球面２３０Ｂ３は、環境温度が変化すると、式２１に示すδＲ２３ｂ’に従って移動する。Δｚｔｂと第３の保持部１１０Ｂ３の傾斜面１１０Ｂ３ａの勾配θ２２との関係は、以下の式２６で表される。
Δｚｔｂ＝（Ｒ２１’−Ｒ２３’）・ｔａｎθ２２＝δＲ２３ｂ’・ｔａｎθ２２    ・・・（式２６）
従って、第１の保持部１１０Ｂ１において、光学素子２００の第１の球面２３０Ｂ１を保持する位置Ｌ２’は、以下の式２７で表される。
Ｌ２’＝Ｌ２３’−Ｌ２１’−Δｚｔｂ    ・・・（式２７）
温度変化の前後において、第１の球面２３０Ｂ１を不動にするためには、Ｌ２＝Ｌ２’でなければならない。従って、第３の保持部１１０Ｂ３の傾斜面１１０Ｂ３ａの勾配θ２２は、以下の式２８を満たす必要がある。
θ２２＝ｔａｎ−１｛（Ｌ２１・α１−Ｌ２３・α３）／（３Ｒ２・Ｃｔ１・α１）｝    ・・・（式２８）
このように、本実施形態の保持装置１００Ａでは、光学素子２００を保持する複数の保持部において、剛体部材を有する保持部の傾斜面の勾配とばね部材を有する保持部の傾斜面の勾配とが異なる。なお、本実施形態では、３つの基準面を等間隔（１２０度間隔）で構造体３００に配置しているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、保持部と剛体部材及びばね部材とが一体的に構成され、保持部が配置される方位と剛体部材及びばね部材が配置される方位とが一致しているが、保持部が配置される方位と剛体部材及びばね部材が配置される方位とは一致していなくてもよい。例えば、保持部が配置される方位と剛体部材及びばね部材が配置される方位とを逆位相にしたとしても、各保持部の傾斜面の勾配を規定することは可能である。
【００５４】
本実施形態の保持装置１００Ａは、温度変化の前後において、第１の基準点Ｐ１１と第２の基準点Ｐ１２との基準軸ＡＸに沿った距離を一定に維持して、光学素子２００の位置ずれや光学性能の劣化を防止することができる。但し、保持装置１００Ａでは、温度変化の前後において、光学素子２００が基準軸ＡＸに垂直な方向に偏心することになる。従って、本実施形態は、例えば、光学装置が許容する範囲内に当該偏心量が収まっている場合や、保持対象が偏心を許容する光学素子（例えば、望遠鏡のフィルタなど）である場合に適用することができる。
＜第３の実施形態＞
図８を参照して、本発明の第３の実施形態としての保持装置１００Ｂについて説明する。保持装置１００Ｂは、第１の保持部１１０Ｃ１と、第２の保持部１１０Ｃ２と、第３の保持部１１０Ｃ３とを有する。
【００５５】
第１の保持部１１０Ｃ１は、基準面ＡＸに垂直な面に対して勾配θ３１を有する第１の傾斜面１１０Ｃ１ａを規定するためのＶ字型溝１１２を含む。光学素子２００の第１の球面２３０Ｃ１は、Ｖ字型溝１１２と２点で接触する。このように、Ｖ字型溝１１２が形成された第１の保持部１１０Ｃ１は、第１の球面２３０Ｃ１を有する光学素子２００の２自由度を拘束する。
【００５６】
第２の保持部１１０Ｃ２は、基準面ＡＸに垂直な面に対して勾配θ３２を有する第２の傾斜面１１０Ｃ２ａを規定する平面（平面部）を含む。光学素子２００の第２の球面２３０Ｃ２は、第２の傾斜面１１０Ｃ２ａを規定する平面と１点で接触する。このように、第２の傾斜面１１０Ｃ２ａを規定する平面を有する第２の保持部１１０Ｃ２は、第２の球面２３０Ｃ２を有する光学素子２００の１自由度を拘束する。
【００５７】
第３の保持部１１０Ｃ３は、光学素子２００を保持するための円錐型溝１６２を有する。光学素子２００の第３の球面２３０Ｃ３は、円錐型溝１６２と３点で接触する。このように、円錐型溝１６２が形成された第３の保持部１１０Ｃ３は、第３の球面２３０Ｃ３を有する光学素子２００の３自由度を拘束する。
【００５８】
温度変化の前後において、第３の保持部１１０Ｃ３の円錐型溝１６２と第３の球面２３０Ｃ３とは、それらが接触する３点を含む平面に平行な方向には相対移動せず、それ以外の保持部で光学素子の球面が移動する。ここで、それ以外の保持部とは、第１の保持部１１０Ｃ１及び第２の保持部１１０Ｃ２である。
【００５９】
保持装置１００Ｂでは、勾配θ３１及びθ３２を、第１の実施形態で説明したように、光学素子２００及び保持部（第１の保持部１１０Ｃ１及び第２の保持部１１０Ｃ２）の変形量から一意に決定することができる。
【００６０】
また、第２の実施形態と同様に、剛体部材及びばね部材を用いて、構造体３００に対して、キネマティックに保持装置１００Ｃの位置を拘束してもよい。この場合には、第２の実施形態で説明したように、剛体部材及びばね部材の変形を考慮して、勾配θ３１及びθ３２を決定すればよい。
【００６１】
本実施形態の構成は、対象とする光学素子を保持する複数の保持部が光学素子の基準軸から異なる距離にある場合に特に有効である。例えば、円錐型溝部が基準軸から最も遠くに配置され、基準軸に平行な方向における円錐型溝部の温度変化による変位を基準軸に垂直な面に対する角度に換算したとき、その値が無視できるほど小さい場合に有効である。一方、Ｖ字型溝部及び平面部は、基準軸に対して比較的近くに配置され、基準軸に平行な方向におけるそれらの変位を角度に換算したとき、その値が無視できない。従って、基準軸に平行な方向における各保持部での光学素子の位置が変化しないように、上述したような勾配θ３１及びθ３２を有する必要がある。
＜第４の実施形態＞
図１０を参照して、本発明の第４の実施形態における反射型の望遠鏡について説明する。架台８６６は、望遠鏡を支持し、観察する方向に望遠鏡の向きを変更する機能を有し、ジョイント８６５を介して、筐体８６４を保持する。筐体８６４の底面には、主反射鏡８６７が配置されている。また、筐体８６４の右上には、フレーム８６３に固定されたカメラユニット鏡筒８６２が配置されている。
【００６２】
図１０において、右上の天体から筐体８６４に入射した光束は、フレーム８６３の横を抜けて主反射鏡８６７で反射される。放物面鏡である主反射鏡８６７で反射された光束は、主反射鏡８６７の焦点に向かう。なお、主反射鏡８６７の焦点近傍には、固体撮像素子８６９に高画質で結像するためのレンズ系８６１を含むカメラユニットが配置されている。
【００６３】
レンズ系８６１は、様々な光学素子を含み、例えば、特開平６−２３０２７４号公報に開示された収差補正系などで構成される。主反射鏡８６７、及び、レンズ系８６１に含まれる光学素子の少なくとも１つは、保持装置１００、１００Ａ又は１００Ｂに保持される。従って、望遠鏡を使用する環境によって温度が変化しても、光学素子の位置ずれ（即ち、光学系の光学性能）を許容範囲内に収めることができる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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