(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
望遠鏡の主焦点で観測データを収集するための主焦点ユニットであって、
前記望遠鏡に固定される第１の枠体と、
観測データを収集する観測装置と、
前記観測装置が固定された第２の枠体と、
前記第１の枠体と前記第２の枠体との間に介在し、両者の相対位置および相対角度を調整する調整機構と、
を備えることを特徴とする主焦点ユニット。
【請求項２】
前記調整機構は、前記第１の枠体に対する前記第２の枠体の位置を３次元的に調整することができ、かつ、前記第１の枠体に対する前記第２の枠体の角度を２次元的に調整することができることを特徴とする請求項１記載の主焦点ユニット。
【請求項３】
前記調整機構は、６本のジャッキと、それらのジャッキのあそびを消滅させる圧力を発生する予圧バネとを含むスチュワートプラットフォームであることを特徴とする請求項２記載の主焦点ユニット。
【請求項４】
前記観測装置が受光する光を光学的に補正する補正光学系を備えると共に、
前記補正光学系は前記第２の枠体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の主焦点ユニット。
【請求項５】
特定の星の光を捕らえるために前記観測装置と別個に設けられたオートガイダを備えると共に、
前記オートガイダは前記第２の枠体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の主焦点ユニット。
【請求項６】
前記観測装置、または前記観測装置および前記オートガイダを、前記観測装置が受光する光の軸を中心として回転させるインストルメントロテータを備えると共に、
前記インストルメントロテータは前記第２の枠体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の主焦点ユニット。
【請求項７】
前記インストルメントロテータによって回転させられる機器から導出されるケーブルを収納するサーキュラー式のケーブル巻き取り機構を備えることを特徴とする請求項６記載の主焦点ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主焦点ユニットに係り、特に大型望遠鏡の主焦点で観測を行うための装置として好適な主焦点ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、望遠鏡の光学系の構造を説明するための概念図を示す。図６において、符号１は主反射鏡、符号２は副反射鏡、符号３は第３反射鏡を示す。また、符号４、符号５、および符号６は、それぞれ、主焦点、カセグレン焦点、およびナスミス焦点を示す。
【０００３】
星からの光は、望遠鏡に入射した後主反射鏡１で反射される。主焦点４は、副反射鏡２が存在しない場合に、主反射鏡１で反射された光が像を結ぶ点である。副反射鏡２が配置されていると、主反射鏡１で反射された光は、主焦点で像を結ぶ前に副反射鏡２で反射される。副反射鏡２は、その反射光が望遠鏡の裏側の所定の点で像を結ぶように設けられている。その所定の点、すなわち、副反射鏡２の反射光が像を結ぶ点がカセグレン焦点である。第３の反射鏡が配置されていると、副反射鏡２で反射された光の光軸は、第３の反射鏡によって９０度折り曲げられる。ナスミス焦点６は、そのように光軸の折り曲げられた光が望遠鏡の側面で像を結ぶ点である。
【０００４】
星からの光を観測するための観測装置を主焦点４に配置すると、星からの光が観測装置によって遮られるため、望遠鏡の有効開口径が実質的に減少するという不都合が生ずる。このため、そのような観測装置はカセグレン焦点５またはナスミス焦点６に設置するのが一般的である。
【０００５】
ところが、大型の望遠鏡では、主焦点４に観測装置を配置することにより生ずる有効開口径の減少を殆ど無視することができる。また、主焦点４に観測装置を配置した場合、カセグレン焦点５やナスミス焦点６に観測装置を配置する場合に比して、観測の視野角を広く取ることが可能となる。このため、大型の望遠鏡では、主焦点４に観測装置を配置する構造を実用的な構造として考えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
大型の望遠鏡において、観測装置を主焦点４に配置する構造としては、例えば、剛性を有する部材を用いて望遠鏡の鏡筒内に観測装置を固定する構造が考えられる。しかしながら、鏡筒の姿勢は観測すべき星の位置に応じて変化する。このため、鏡筒内に観測装置を固定した場合、その観測装置の自重が作用する方向は、鏡筒の姿勢変化に応じて変化する。
【０００７】
観測装置の自重が作用する方向が変化すると、観測装置を保持している剛性部材や鏡筒に、その変化に対応する変形が生ずる。このため、鏡筒内における観測装置の位置や角度には、鏡筒の姿勢変化に応じた変化が生ずる。観測装置の位置や角度が鏡筒内で変化すると、観測装置による観測の条件が変化する。従って、観測装置を鏡筒内に固定する構造によっては、星からの光を、常に精度良く安定に観測することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、望遠鏡の主焦点に配置された状態で、鏡筒内での位置および角度を適宜修正することのできる主焦点ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、望遠鏡の主焦点で観測データを収集するための主焦点ユニットであって、
前記望遠鏡に固定される第１の枠体と、
観測データを収集する観測装置と、
前記観測装置が固定された第２の枠体と、
前記第１の枠体と前記第２の枠体との間に介在し、両者の相対位置および相対角度を調整する調整機構と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記調整機構は、請求項１記載の主焦点ユニットであって、
前記第１の枠体に対する前記第２の枠体の位置を３次元的に調整することができ、かつ、前記第１の枠体に対する前記第２の枠体の角度を２次元的に調整することができることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の主焦点ユニットであって、
前記調整機構は、６本のジャッキと、それらのジャッキのあそびを消滅させる圧力を発生する予圧バネとを含むスチュワートプラットフォームであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の主焦点ユニットであって、
前記観測装置が受光する光を光学的に補正する補正光学系を備えると共に、
前記補正光学系は前記第２の枠体に固定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の主焦点ユニットであって、
特定の星の光を捕らえるために前記観測装置と別個に設けられたオートガイダを備えると共に、
前記オートガイダは前記第２の枠体に固定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項記載の主焦点ユニットであって、
前記観測装置、または前記観測装置および前記オートガイダを、前記観測装置が受光する光の軸を中心として回転させるインストルメントロテータを備えると共に、
前記インストルメントロテータは前記第２の枠体に固定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の主焦点ユニットであって、
前記インストルメントロテータによって回転させられる機器から導出されるケーブルを収納するサーキュラー式のケーブル巻き取り機構を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１．
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１の主焦点ユニットを備える大型望遠鏡１０の正面図を示す。また、図１（Ｂ）は、その望遠鏡１０を図１（Ａ）に示すＢ矢視で表した側面図を示す。望遠鏡１０は、複数の剛性部材で構成された架台部１２を備えている。架台部１２には、主鏡部１４、鏡筒部１６、および筒頂部１８などを含む望遠鏡本体２０が搭載されている。
【００１８】
主鏡部１４は、図６に示す主反射鏡１を格納する部分である。また、鏡筒部１６の内部には、図６に示す第３反射鏡３が配置されている。図１（Ａ）に示すように、鏡筒部１６の両側には、それぞれ光学系のナスミス部２２および赤外系のナスミス部２４が設けられている。筒頂部１８には、望遠鏡１０の主焦点の僅かに下に位置するように筒頂内管２６が設けられている。筒頂内管２６の下方に、図６に示すような副反射鏡２（図１には図示せず）を装着すると、星からの光をナスミス部２２，２４に導くことが可能となる。
【００１９】
上述した望遠鏡本体２０は、高度軸２２を回転軸として回転することができる。図１（Ｂ）に一点鎖線で示す筒頂部１８は、高度軸２２を回転軸として所定角度だけ望遠鏡本体２０が回転した状態を示す。また、望遠鏡本体２０は、架台部１２やナスミス部２２，２４と共に、方位軸３０を回転軸として回転することができる。望遠鏡１０は、上記の如く望遠鏡本体２０を回転させることにより、所望の観測高度と所望の観測方位とを実現する。
【００２０】
図２（Ａ）は、筒頂部１８を拡大して表した平面図を示す。また、図２（Ｂ）は、筒頂部１８を拡大して表した側面図を示す。筒頂内管２６は筒頂スパイダー３２などを介して筒頂部１８の中央に固定されている。筒頂内管２６には、図２（Ｂ）中に一点鎖線で示すように、光学副鏡ユニット３４（上述した副反射鏡２を内蔵している）を装着することができる。また、筒頂内管２６には、図２（Ｂ）中に実線で示すように、本発明の実施形態である主焦点ユニット３６を装着することができる。主焦点ユニット３６は、望遠鏡１０の主焦点で星からの光を観測するためのユニットである。望遠鏡１０には、光学副鏡ユニット３４および主焦点ユニット３６を選択的に装着することができる。以下、本明細書では、望遠鏡１０に主焦点ユニット３６が装着される場合について説明する。
【００２１】
図３（Ａ）は主焦点ユニット３６の断面図を示す。また、図３（Ｂ）は主焦点ユニット３６の正面図を示す。主焦点ユニット３６は、第１の枠体３８を備えている。第１の枠体３８にはクリップ機構４０が装着されている。クリップ機構４０は筒頂内管２６の所定部位に係合するためのアーム機構と、そのアーム機構を駆動するモータ機構とを備えている。主焦点ユニット３６は、そのモータ機構が駆動されることにより筒頂内管２６に固定される。
【００２２】
主焦点ユニット３６は、また、第２の枠体４２を備えている。第２の枠体４２は、その上端にフランジを有する円筒状の部材である。第２の枠体４２の下端には旋回軸受け４４の外輪４６が固定されている。旋回軸受け４４の内輪４８は、その外輪４６に対して、すなわち、第２の枠体４２に対して自由に回動することができる。
【００２３】
第２の枠体４２の下端には、旋回軸受け４４の外輪４６と共に補正光学系支持フレーム５０が固定されている。補正光学系支持フレーム５０は、その中央部に、主焦点ユニット３６の補正光学系５２を保持している。補正光学系５２は、複数の光学レンズ等の組み合わせで構成されており、主焦点ユニット３６の内部で、焦点距離に関する補正など、観測精度を高めるうえで有用な光学的補正を行う。
【００２４】
旋回軸受け４４の内輪４８には、オートガイダ支持フレーム５４が固定されている。オートガイダ支持フレーム５４は、観測対象である星を追尾するためのオートガイダ５６を保持している。オートガイダ５６は補正光学系５２を通過してきた星からの光の光軸を折り曲げるためのプリズムや、プリズムで折り曲げられた光を取り込むカメラを備えている。望遠鏡１０は、観測対象の星の近くに予め軌道の判っている既知の星が存在する場合に、オートガイダ５６のカメラでその既知の星を捕獲し、観測画面内におけるその星の位置に基づいて観測方位および観測高度を制御する。望遠鏡１０は、このような制御を行うことで観測対象の星を追尾精度良く追尾する。
【００２５】
旋回軸受け４４の内輪４８には、更に、観測装置５８が固定されている。観測装置５８は、補正光学系５２を通過してきた光を受光して、望遠鏡１０の主焦点で像を結ぶ画像を生成するための装置である。観測装置５８は、補正光学系５２を通過してくる光の軸と観測装置５８の軸とが精度良く一致しており、かつ、その光の焦点位置と観測装置５８の３次元位置とが精度良く整合している場合に主焦点で像を結ぶ画像を精度良く生成することができる。観測装置５８で生成された画像は出力ケーブルを伝って図示しないモニタなどに出力される。観測者は、そのモニタなどを介して望遠鏡１０による観測画面を見ることができる。
【００２６】
第２の枠体４２には、インストルメントロテータ６０が配置されている。インストルメントロテータ６０は、旋回軸受け４４の内輪４８の保持されているオートガイダ５６および観測装置５８を回転させるための機構であり、回転力を発生するモータ機構と、その力を伝達する伝達機構とを備えている。望遠鏡１０が観測対象の星を追尾する過程では、主焦点で像を結ぶ画像が主焦点ユニット３６の中で回転することがある。インストルメントロテータ６０は、そのような回転を相殺するようにオートガイダ５６と観測装置５８とをそれらの軸回りに回転させる。従って、観測装置５８からの出力を受けるモニタには、望遠鏡１０の追尾過程で生ずる回転を相殺した観測画像が映し出される。
【００２７】
第２の枠体４２の上方には、サーキュラーチェーン式のケーブル巻き取り機構６２が設けられている。主焦点ユニット３６の内部で回転することのできるオートガイダ５６や観測装置５８から導出されるケーブルは、そのケーブル巻き取り機構６２に収納されている。
【００２８】
図４は、ケーブル巻き取り機構６２が備えるケーブル収容枠６４の斜視図を示す。ケーブル収容枠６４は、フレキシビリティを有する中空の枠であり、折り返し部６６を介して連結された可動層６８と固定層７０とを備えている。可動層６８の端部、および固定層７０の端部には、それぞれ可動導出部７２および固定導出部７４が形成されている。可動導出部７２および固定導出部７４からは、共にケーブル収容枠６４の内部で導通しているケーブルが導き出されている。
【００２９】
ケーブル収容枠６４は、キャタピラーと同様に動作しながら可動層６８をその中心軸回りに回転させることにより、固定導出部７４の位置を変えることなく、可動導出部７２の位置だけを中心軸回りに回転させることができる。主焦点ユニット３６において、オートガイダ５６や観測装置５８には、上述した可動導出部７２から導出されるケーブルが接続されている。一方、観測画面を映し出すモニタなどに通じるケーブルは、上述した固定導出部７４から導き出されている。このような構造を有するケーブル巻き取り機構６２を用いることによれば、ケーブルの取り回しに制限されることなくオートガイダ５６や観測装置５８の回転を許容することができる。
【００３０】
上述の如く、主焦点ユニット３６は、第１の枠体３８に固定されているクリップ機構４０によって筒頂内管２６に固定される。また、主焦点ユニット３６に内蔵される主要な要素（補正光学系５２、オートガイダ５６、観測装置５８およびインストルメントロテータ６０）は、第２の枠体４２に固定されている。従って、筒頂内管２６と観測装置５８等との相対的な位置や角度は、第１の枠体３８と第２の枠体４２との相対的な位置や角度に応じて変化する。
【００３１】
本実施形態において、第１の枠体３８と第２の枠体４２とは、スチュワートプラットフォーム７６を介して連結されている。従って、筒頂内管２６と観測装置５８等との相対的な位置や角度は、スチュワートプラットフォーム７６の状態を制御することで適当に調整することができる。以下、図５を参照してスチュワートプラットフォーム７６の構成および機能を説明する。
【００３２】
図５（Ａ）は第１の枠体３８上に固定されたスチュワートプラットフォーム７６の平面図を示す。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）はそのスチュワートプラットフォーム７６の側面図および正面図を示す。これらの図に示すように、スチュワートプラットフォーム７６は、６本のジャッキ７８と３本の予圧バネ８０とを備えている。６本のジャッキ７８は、それらの長さを調整することで、第１の枠体３８に対する第２の枠体４２の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および角度（θｘ，θｙ）が調整できるように配置されている。また、３本の予圧バネ８０は、それら６本のジャッキ７８のあそびを消滅させるための予圧を発生し得るように構成されている。従って、スチュワートプラットフォーム７６によれば、第１の枠体３８と第２の枠体４２との間にがたつきを生じさせることなく、両者の位置および角度を自由に調整することができる。
【００３３】
上述の如く、望遠鏡１０は、望遠鏡本体２０を高度軸２８回りに回転させることにより、また方位軸３０回りに回転させることにより、所望の観測高度と所望の観測方位とに応じた姿勢を得ることができる。主焦点ユニット３６が筒頂内管２６に装着された状態で望遠鏡１０が上記の如く姿勢を変えると、主焦点ユニット３６の自重が鏡筒に作用する方向が変化する。このような変化が生ずると、望遠鏡本体２０の内部における筒頂内管２６の位置および角度に変化が発生し、望遠鏡１０の主焦点と、主焦点ユニット３６の観測装置５８との相対位置関係にも変化が生ずる。
【００３４】
本実施形態の主焦点ユニット３６によれば、このような変化が生じた場合に、スチュワートプラットフォーム７６を調整することで、望遠鏡１０の主焦点と観測装置５８との相対位置関係を適正な関係に補正することができる。このため、主焦点ユニット３６によれば、望遠鏡１０の姿勢変化に関わらず、望遠鏡１０の主焦点の位置で常に安定した観測データを収集することができる。
【００３５】
ところで、上記の実施形態においては、第１の枠体３８と第２の枠体４２との相対位置を調整する機構としてスチュワートプラットフォーム７６を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、その機構は、第１の枠体３８に対する第２の枠体４２の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を３次元的に調整することができ、かつ、第１の枠体３８に対する第２の枠体４２の角度（θｘ，θｙ）を２次元的に調整することができる調整機構であればよい。このような機構は、例えば、公知のＸＹＺテーブルや角度調整機構を組み合わせることで実現することができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、第１の枠体と第２の枠体との間に介在する調整機構を調整することで、望遠鏡と観測装置との相対位置および相対角度を変化させることができる。このため、本発明によれば、望遠鏡の姿勢変化に伴って、望遠鏡の主焦点と観測装置との位置がずれた場合に、そのずれを消滅させることができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、調整機構によって第２の枠体の位置を３次元的に調整し、かつ、その角度を２次元的に調整することができる。従って、本発明によれば、望遠鏡と観測装置の相対位置および相対角度に如何なるずれがしょうじても、そのずれを確実に消滅させることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、６本のジャッキを用いることで６次元の自由度を確保し、かつ、予圧バネを用いることによりジャッキのあそびに起因するがたつきを消滅させることができる。従って、本発明によれば、望遠鏡と観測装置の相対位置および相対角度を精度良く最適な状態に調整することができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、星からの光を補正光学系で補正した後の観測装置に受光させることができる。また、本発明では、補正光学系が第２の枠体に固定されるため、補正光学系と観測装置との相対位置関係は常に一定に保つことができる。従って、本発明によれば、常に精度の良い観測データを得ることができる。
【００４０】
請求項５記載の発明によれば、観測対象の近傍に予め軌道の判っている星が存在する場合に、その星からの光をオートガイダで捕らえて、観測対象の星の追尾に利用することができる。また、本発明では、オートガイダが第２の枠体に固定されるため、オートガイダと観測装置との相対位置関係を常に一定に保つことができる。従って、本発明によれば、常に精度の良い追尾を行うことができる。
【００４１】
請求項６記載の発明によれば、インストルメントロテータにより観測装置を回転させることができる。このため、本発明によれば、望遠鏡による星の追尾中に観測装置によって生成される観測画面が回転するのを防止することができる。
【００４２】
請求項７記載の発明によれば、インストルメントロテータによって回転させられる機器から導出されるケーブルをサーキュラー式のケーブル巻き取り機構に巻き取られせることができる。このため、本発明によれば、それらのケーブルに拘束されることなく、観測装置などを自由に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の望遠鏡の正面図および側面図である。
【図２】図１に示す望遠鏡の筒頂部の平面図および側面図である。
【図３】図１に示す望遠鏡に装着される主焦点ユニットの断面図および正面図である。
【図４】図３に示す主焦点ユニットが備えるケーブル収容枠の斜視図である。
【図５】図３に示す主焦点ユニットが備えるスチュワートプラットフォームの平面図、側面図および正面図である。
【図６】反射型望遠鏡の一般的な構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１  主反射鏡、    ２  副反射鏡、    ３  第３反射鏡、    ４  主焦点、    ５  カセグレン焦点、    ６  ナスミス焦点、    １０  望遠鏡、    １８  筒頂部、    ２０  望遠鏡本体、    ２６  筒頂内管、    ３６  主焦点ユニット、    ３８  第１の枠体、    ４２  第２の枠体、    ４４  旋回軸受け、    ５２  補正光学系、    ５６  オートガイダ、    ５８  観測装置、    ６０  インストルメントロテータ、    ６２  ケーブル巻き取り機構、    ７６  スチュワートプラットフォーム、    ７８  ジャッキ、    ８０  予圧バネ。
【図１】
0003595472.tif 000002
【図２】
0003595472.tif 000003
【図３】
0003595472.tif 000004
【図４】
0003595472.tif 000005
【図５】
0003595472.tif 000006
【図６】
0003595472.tif 000007