(57)【要約】【課題】本発明は、薄鏡の歪みを抑制しつつ、リニアモータを高密度に実装することを目的とするものである。【解決手段】シャフト２を含む可動部分と固定ベース４との間には、リニアモータ６とは別にシャフト２をその軸方向へ変位させ、薄鏡１の歪みを修正する複数のバイアス手段９が設けられている。各バイアス手段９は、シャフト２の薄鏡１とは反対側の端部に固定されたバイアス永久磁石１０と、バイアス永久磁石１０に対向して固定ベース４の薄鏡１とは反対側に固定されたバイアス永電磁石１１とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄鏡、
前記薄鏡の背面に互いに間隔をおいて取り付けられている複数本のシャフト、
前記シャフトをその軸方向へ駆動し、前記薄鏡の形状を変化させる複数のリニアモータ、及び
磁束調整コイルが設けられているバイアス永電磁石と、前記バイアス永電磁石に対向するバイアス永久磁石とを有しており、前記リニアモータとは別に前記シャフトをその軸方向へ変位させ、前記薄鏡の歪みを修正する複数のバイアス手段
を備えている形状可変鏡装置。
【請求項２】
前記バイアス永電磁石の磁束を計測するための複数の磁気センサ、及び
前記薄鏡の波面形状を計測するための波面センサからの信号と前記磁気センサからの信号とに基づいて磁束調整電流を算出し、算出された磁束調整電流を対応する前記磁束調整コイルに供給するバイアス調整器
をさらに備えている請求項１記載の形状可変鏡装置。
【請求項３】
前記バイアス調整器に取り込む前記磁気センサからの信号を切り替えるセンサ用マルチプレクサ、及び
前記磁束調整電流を供給する前記磁束調整コイルを切り替えるコイル用マルチプレクサ
をさらに備えている請求項２記載の形状可変鏡装置。
【請求項４】
前記薄鏡の背面に対向する固定ベースをさらに備え、
前記リニアモータは、前記固定ベースと前記シャフトとの間に設けられており、
前記固定ベースには、前記シャフトが挿入された複数のシャフト孔が設けられており、
前記バイアス永久磁石は、前記シャフトの前記薄鏡とは反対側の端部に固定されており、
前記バイアス永電磁石は、前記バイアス永久磁石に対向して前記固定ベースの前記薄鏡とは反対側に固定されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の形状可変鏡装置。
【請求項５】
前記薄鏡の背面に対向する固定ベース、及び
前記固定ベースと前記薄鏡との間に設けられているバイアス永電磁石ホルダ
をさらに備え、
前記リニアモータは、前記固定ベースと前記シャフトとの間に設けられており、
前記バイアス永久磁石は、前記薄鏡の背面に固定されており、
前記バイアス永電磁石は、前記バイアス永電磁石ホルダに固定されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の形状可変鏡装置。
【請求項６】
前記薄鏡の背面に対向する固定ベース、及び
前記固定ベースと前記薄鏡との間に設けられているバイアス永電磁石ホルダ
をさらに備え、
前記リニアモータは、前記固定ベースに固定されたリニアモータコイルと、前記リニアモータコイルに対向して前記シャフトに固定されたリニアモータ永久磁石とを有しており、
前記バイアス永電磁石は、前記バイアス永電磁石ホルダに固定されており、
前記バイアス永久磁石は、前記バイアス永電磁石に対して前記薄鏡とは反対側で前記シャフトに対して固定されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の形状可変鏡装置。
【請求項７】
前記リニアモータ永久磁石が前記バイアス永久磁石を兼ねている請求項６記載の形状可変鏡装置。
【請求項８】
前記リニアモータとして、互いに対向する第１及び第２の電極を有する静電型リニアモータが用いられている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の形状可変鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば地上望遠鏡等に設けられ、薄鏡の形状が制御可能になっている形状可変鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地上望遠鏡には、大気の影響により観測画像がぼけてしまうという問題がある。そして、この問題を解決するための方法として、大気により乱れた波面を補正する形状可変鏡技術が知られている。これは、鏡の裏側に複数のリニアモータを取り付け、鏡を所望の形状に制御する技術である。波面の乱れた光をこの形状可変鏡の形状制御された鏡面で反射させることで、波面の揃った光を得ることができ、観測画像のぼけを補正することができる。
【０００３】
このような形状可変鏡装置として、固定ベースに取り付けられた電磁石と、薄鏡に取り付けられた永久磁石とからなる複数のリニアモータを用い、電磁石と永久磁石との間の吸着／反発力を利用して薄鏡の形状を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、この方法では、隣接するリニアモータ間で薄鏡を介して干渉が発生する問題があった。干渉とは、１つのリニアモータを動かすと、隣接するリニアモータが薄鏡を介して引きずられて動作する現象である。
【０００５】
これに対して、薄鏡と固定ベースとの間に各リニアモータに対応する局所的な柔軟ベースを設けることで、隣接するリニアモータ間の干渉を抑制する方法も提案されている。局所的な柔軟ベースと薄鏡とはシャフトで結合されており、リニアモータで柔軟ベースを駆動すると、これに合わせて薄鏡も変形する構成である。局所的な柔軟ベースの剛性を薄鏡の剛性よりも高くすることで、薄鏡の変形を局所的な変形に抑制し、隣接するリニアモータ間の薄鏡を介した干渉を小さくすることができる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３４７０８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０１８３２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、観測画像のぼけの補正をより高精度に行うために、形状可変鏡装置には空間分解能向上のための、高密度多素子化及び高ストローク化が要求されている。このため、形状可変鏡には、直径数ｍｍ程度の数千組のリニアモータを、数ｍｍピッチで実装することが必要となっている。
【０００８】
これに対して、特許文献２に示された従来の形状可変鏡装置では、シャフトと薄鏡のインターフェースとの接合に接着剤が利用されているため、各リニアモータのシャフト接合部付近で、薄鏡に定常的な歪みが発生するという問題がある。即ち、数千オーダの高密度多素子リニアモータが実装された形状可変鏡を組み立てる際に、各シャフト先端への接着剤の塗布量を揃えることは難しく、また、接着剤が塗布されたシャフト先端と薄鏡とを、リニアモータの駆動ストロークである数十μｍよりも十分小さく揃えて接合することも難しいため、薄鏡に定常的な歪みが発生する。
【０００９】
また、季節変化による周囲温度の変化、組立工程及び運用環境での周囲温度の変化、排熱境界条件の差異による固定ベース内での温度ムラ、各部の熱膨張率の差異、並びにこれらの複合要因により、比較的ゆっくりではあるが、薄鏡に大きな歪みが発生するという問題もある。
【００１０】
この発明は、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、薄鏡の歪みを抑制しつつ、リニアモータを高密度に実装することができる形状可変鏡装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る形状可変鏡装置は、薄鏡、薄鏡の背面に互いに間隔をおいて取り付けられている複数本のシャフト、シャフトをその軸方向へ駆動し、薄鏡の形状を変化させる複数のリニアモータ、及び磁束調整コイルが設けられているバイアス永電磁石と、バイアス永電磁石に対向するバイアス永久磁石とを有しており、リニアモータとは別にシャフトをその軸方向へ変位させ、薄鏡の歪みを修正する複数のバイアス手段を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の形状可変鏡装置は、バイアス永電磁石を用いたバイアス手段によりシャフトをその軸方向へ変位させて薄鏡の歪みを修正するので、薄鏡の歪みを抑制しつつ、リニアモータを高密度に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による形状可変鏡装置の要部を示す構成図である。
【図２】図１の薄鏡の歪みを修正した状態を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２による形状可変鏡装置の要部断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による形状可変鏡装置の要部断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４による形状可変鏡装置の要部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５による形状可変鏡装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による形状可変鏡装置の要部を示す構成図である。薄鏡（形状可変鏡本体）１の背面には、複数本（図では３本のみ示す）のシャフト２が互いに間隔をおいて平行に取り付けられている。各シャフト２は、柔軟接着剤３を介して薄鏡１に接着されている。図１では、３本のシャフト２のうちの中央のシャフト２の柔軟接着剤３の塗布量が少なく、これにより薄鏡１に歪みが生じた状態を示している。
【００１５】
固定ベース４は、薄鏡１の背面に対向して配置されている。固定ベース４の薄鏡１に対向する面には、複数のベース凹部４ａが設けられている。各ベース凹部４ａの中央には、シャフト２が挿入されたシャフト孔４ｂが設けられている。
【００１６】
固定ベース４の薄鏡１に対向する面には、薄鏡１よりも剛性の高い材料からなるシート状の柔軟ベース５が設けられている。各ベース凹部４ａ内には、リニアモータ６が収容されている。各リニアモータ６は、固定ベース４に固定されたリニアモータコイル７と、リニアモータコイル７に対向するリニアモータ永久磁石８とを有している。即ち、リニアモータ６は、固定ベース４とシャフト２との間に設けられている。
【００１７】
リニアモータ永久磁石８は、柔軟ベース５の薄鏡１とは反対側の面及びシャフト２にそれぞれ固定されている。各シャフト２は、対応するリニアモータ永久磁石８の中央を貫通している。リニアモータ６は、シャフト２をその軸方向へ駆動し、薄鏡１の形状を変化させる。このとき、柔軟ベース５は、隣接するリニアモータ６間の薄鏡１を介した干渉を小さくする。
【００１８】
シャフト２を含む可動部分と固定ベース４との間には、リニアモータ６とは別に（独立して）シャフト２をその軸方向へ変位させ、薄鏡１の歪みを修正する複数のバイアス手段９が設けられている。実施の形態１の各バイアス手段９は、シャフト２の薄鏡１とは反対側の端部に固定されたバイアス永久磁石１０と、バイアス永久磁石１０に対向して固定ベース４の薄鏡１とは反対側に固定されたバイアス永電磁石１１とを有している。
【００１９】
シャフト２は、バイアス永久磁石１０がリニアモータコイル７による磁場の影響を受けないように十分な長さを有している。各バイアス永電磁石１１は、その外周に設けられた磁束調整コイル１２を有している。バイアス永電磁石１１は、磁束調整コイル１２に電流を供給して磁束を調整すると、電流を遮断した後も調整された磁束を自己保持する。また、バイアス手段９は、リニアモータ６が発生する駆動力よりも大きな駆動力を発生可能となっている。
【００２０】
各バイアス永電磁石１１のバイアス永久磁石１０に対向する面とは反対側の端面には、バイアス永電磁石１１の磁束を計測するための磁気センサ１３が固定されている。磁気センサ１３からの出力である磁気センサ信号は、センサ用マルチプレクサ１４により選択されて、バイアス調整器１５に取り込まれる。
【００２１】
薄鏡１の鏡面側には、薄鏡１の鏡面形状を計測するための波面センサ１６が配置されている。波面センサ１６としては、例えばハルトマン型波面センサが用いられている。波面センサ１６からの出力である波面センサ信号は、バイアス調整器１５に取り込まれる。
【００２２】
バイアス調整器１５は、磁気センサ信号及び波面センサ信号から、磁束調整コイル１２に供給する磁束調整電流を算出する。また、バイアス調整器１５は、算出された磁束調整電流を、コイル用マルチプレクサ１７で選択された磁束調整コイル１２（センサ用マルチプレクサ１４で選択された磁気センサ１３に対応する磁束調整コイル１２）に供給する。
【００２３】
さらに、バイアス調整器１５は、例えば、汎用ＰＣにＤＡ、ＡＤボードを流用して構成、又はマイクロコンピュータにＤＡ、ＡＤ機能を利用して構成することができる。
【００２４】
次に、薄鏡１の歪みの修正方法を説明する。例えば、シャフト２の薄鏡１への接着時に柔軟接着剤３の少ない箇所が生じると、図１に示したように、薄鏡１に局所的な凹みが生じる。実施の形態１の形状可変鏡装置では、この凹みをバイアス永電磁石１１とバイアス永久磁石１０との反発力により修正する。
【００２５】
具体的には、補正すべき凹みに相当するバイアス永電磁石１１を選定し、センサ用マルチプレクサ１４及びコイル用マルチプレクサ１７を切り替える。そして、薄鏡１の形状を波面センサ１６で計測して、波面センサ信号をバイアス調整器１５に取り込み、凹みを補正するために必要なバイアス永電磁石１１の磁束を算出する。
【００２６】
この後、算出した磁束と磁気センサ１３により検出された磁束と比較して、必要な磁束調整電流を決定し、決定した磁束調整電流を対応する磁束調整コイル１２に供給する。これらの操作を、波面センサ１６で計測される薄鏡１の変形が許容できるレベルになるまで繰り返すことで、図２に示すように、薄鏡１の歪みが修正される。そして、他の箇所にある凹凸も同様の方法で修正することで、薄鏡１全体の歪みが修正される。
【００２７】
なお、例えば、シャフト２の薄鏡１への接着時に柔軟接着剤３の塗布量が多い箇所が生じると、薄鏡１に局所的な凸部が生じる。この場合、バイアス永電磁石１１とバイアス永久磁石１０との吸引力を利用して凸部を修正することができる。
【００２８】
このような薄鏡１の歪みの修正は、形状可変鏡装置のキャリブレーション工程として、工場出荷前、及び形状可変鏡装置が使用される現場における運用前の少なくともいずれか一方で実施されるのが好適である。波面センサ１６は、実際の運用時に薄鏡１の鏡面形状を計測するためのセンサを兼用しても、歪み修正専用のセンサを追加してもよい。歪みの修正専用の波面センサ１６を追加する場合、形状可変鏡装置の運用時には波面センサ１６が撤去される。
【００２９】
このような形状可変鏡装置では、バイアス手段９によりシャフト２をその軸方向へ変位させて薄鏡１の歪みを修正するので、薄鏡１の歪みを抑制しつつ、リニアモータ６を高密度に実装することができる。即ち、薄鏡１の大きな歪みを、リニアモータ６の比較的高速だが小さいストロークを使うことなく、バイアス手段９により比較的ゆっくりではあるが補正することができ、リニアモータ６のストロークを有効に利用することができる。
【００３０】
勿論、柔軟接着剤３の塗布量の差による歪みだけでなく、季節変化による周囲温度の変化、組立工程及び運用環境での周囲温度の変化、排熱境界条件の差異による固定ベース内での温度ムラ、各部の熱膨張率の差異、並びにこれらの複合要因による薄鏡の歪みに対しても同様の効果を奏する。
【００３１】
また、バイアス永電磁石１１を有するバイアス手段９を用いたので、リニアボイスコイルモータ又はピエゾモータ等の自己保持機能がないモータを用いる場合に比べ、バイアス手段９に電流を供給し続ける必要がなく、回路構成の簡素化及び省電力化を図ることができる。
【００３２】
さらに、自己保持機能があるステッピングモータを用いた場合、構造が複雑なため大型化してしまうが、バイアス永電磁石１１を用いたバイアス手段９では、構造が簡単で小型化が容易なため、高密度化に効果的である。
【００３３】
さらにまた、実施の形態１のバイアス手段９は、組立誤差による鏡面の歪みを、組立後にバイアス手段９により補正することができるため、組立精度を緩和することもできる。
【００３４】
また、２つ以上の磁気センサ１３からの磁気センサ信号をセンサ用マルチプレクサ１４で切り換えてバイアス調整器１５に取り込むとともに、バイアス調整器１５からの磁束調整電流を入力する磁束調整コイル１２をコイル用マルチプレクサ１７で切り替えるようにしたので、磁束調整コイル１２に電流を供給する回路をさらに簡素化することができ、多素子化に効果的である。
【００３５】
実施の形態２．
次に、図３はこの発明の実施の形態２による形状可変鏡装置の要部断面図である。実施の形態２では、柔軟ベース５と薄鏡１との間に、バイアス永電磁石ホルダ２１が設けられている。柔軟ベース５は、固定ベース４とバイアス永電磁石ホルダ２１との間に挟持されている。
【００３６】
バイアス永電磁石ホルダ２１には、シャフト２の変位に伴う柔軟ベース５の変形を許容する複数のホルダ凹部２１ａが設けられている。ホルダ凹部２１ａは、ベース凹部４ａに対応して配置されている。
【００３７】
バイアス永電磁石ホルダ２１には、複数のリング型バイアス永電磁石２２がシャフト２に対応して固定されている。各バイアス永電磁石２２には、実施の形態１と同様に、磁束調整コイル１２が設けられている。
【００３８】
シャフト２は、その軸方向へ変位可能にバイアス永電磁石２２の中央を貫通している。また、シャフト２の薄鏡１とは反対側の端部は、リニアモータコイル７よりも柔軟ベース５側に位置している。そして、リニアモータ永久磁石８は、シャフト２の薄鏡１とは反対側の端部に固定されている。
【００３９】
薄鏡１の背面には、複数のリング型バイアス永久磁石２３がシャフト２に対応して固定されている。各バイアス永久磁石２３は、シャフト２の薄鏡１への接着部を囲繞している。バイアス永電磁石２２のバイアス永久磁石２３に対向する面とは反対側の端面には、バイアス永電磁石２２の磁束を計測するためのリング型磁気センサ２４が固定されている。
【００４０】
実施の形態２の各バイアス手段２５は、バイアス永電磁石２２及びバイアス永久磁石２３を有している。他の構成は、実施の形態１と同様であり、センサ用マルチプレクサ１４、バイアス調整器１５、波面センサ１６及びコイル用マルチプレクサ１７等の図示は省略する。
【００４１】
このような形状可変鏡装置では、実施の形態１と同様の効果に加えて、リニアモータ６による被駆動部の質量を軽減することができ、駆動ストローク、応答性の点で効果的である。
【００４２】
なお、実施の形態２では、リング型のバイアス永久磁石２３を薄鏡１の背面に固定したが、薄鏡１の背面全体に硬磁性体材を塗布又は蒸着し、その硬磁性体材のバイアス永電磁石２２に対向する部分をそれぞれバイアス永久磁石としてもよい。
【００４３】
実施の形態３．
次に、図４はこの発明の実施の形態３による形状可変鏡装置の要部断面図である。実施の形態３では、柔軟ベース５のリニアモータ永久磁石８が固定されている面とは反対側の面に、バイアス永久磁石２３が固定されている。即ち、バイアス永久磁石２３は、柔軟ベース５を介してシャフト２に対して固定されている。そして、磁気センサ２４は、バイアス永電磁石２２の薄鏡１側の端面に固定されている。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００４４】
このような形状可変鏡装置では、実施の形態２と同様の効果に加えて、薄鏡１にバイアス永久磁石２３を固定する必要がなくなり、薄鏡１を歪ませる原因となる工程を減らすことができる。
【００４５】
実施の形態４．
次に、図５はこの発明の実施の形態４による形状可変鏡装置の要部断面図である。実施の形態４では、リニアモータ永久磁石８がバイアス永久磁石２３を兼ねている。他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００４６】
このような形状可変鏡装置では、実施の形態３と同様の効果に加えて、リニアモータ６による被駆動部の質量をさらに軽減することができ、駆動ストローク、応答性の点で効果的である。
【００４７】
実施の形態５．
次に、図６はこの発明の実施の形態５による形状可変鏡装置の要部断面図である。実施の形態５では、各リニアモータとして、静電型リニアモータ２６が用いられている。各静電型リニアモータ２６は、ベース凹部４ａの底面に固定された第１の電極２７と、第１の電極２７に対向して柔軟ベース５に固定された第２の電極２８とを有している。他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００４８】
このような形状可変鏡装置では、静電型リニアモータ２６を用いたので、構成を簡単にすることができ、数ｍｍ程度のリニアモータを数千個設ける形状可変鏡装置において、高密度多素子化に特に顕著な効果がある。また、被駆動部の質量をさらに軽減することができ、駆動ストローク、応答性の点で効果的である。
【００４９】
なお、実施の形態５の静電型リニアモータ２６は、実施の形態１、２にも適用することができる。
また、装置構成はやや複雑になるが、可動部側にバイアス永電磁石、固定部側にバイアス永久磁石を配置することも可能である。
さらに、バイアス手段は、必ずしも全てのシャフトに設けなくてもよい。
さらにまた、隣接するリニアモータ間の干渉が小さければ、柔軟ベースは用いなくてもよい。
また、シャフトの薄鏡への結合方法は、柔軟接着剤を用いた接着に限定されない。
さらに、この発明の形状可変鏡装置は、地上望遠鏡以外にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  薄鏡、２  シャフト、４  固定ベース、４ｂ  シャフト孔、６  リニアモータ、７  リニアモータコイル、８  リニアモータ永久磁石、９，２５  バイアス手段、１０  バイアス永久磁石、１１  バイアス永電磁石、１２  磁束調整コイル、１３  磁気センサ、１４  センサ用マルチプレクサ、１５  バイアス調整器、１６  波面センサ、１７  コイル用マルチプレクサ、２１  バイアス永電磁石ホルダ、２２  リング型バイアス永電磁石、２３  リング型バイアス永久磁石、２４  リング型磁気センサ、２６  静電型リニアモータ、２７  第１の電極、２８  第２の電極。
【図１】
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【図２】
2014147169.tif 000004
【図３】
2014147169.tif 000005
【図４】
2014147169.tif 000006
【図５】
2014147169.tif 000007
【図６】
2014147169.tif 000008