(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
望遠鏡部と、
観測センサと、
レーザ光源部に搭載した第１の慣性センサと、
第１の慣性センサからの情報をもとにレーザ光源部の並進および回転変位を算出するレーザ光源部姿勢検出器と、
光軸検出部に搭載した第２の慣性センサと、
第２の慣性センサからの情報をもとに光軸検出部の並進および回転変位を算出する光軸検出部姿勢検出器と、
レーザ光軸変動を検出する光軸変動検出器と、
光軸変動検出器からの情報をもとに指向軸を算出する指向軸算出器とを備え、
前記レーザ光源部姿勢検出器、前記光軸検出部姿勢検出器および前記指向軸算出器から出力される変位データに基づき、前記望遠鏡部の真の指向軸変動を算出する指向軸変動推定器を設けた指向軸推定装置。
【請求項２】
光軸検出部とは物理的に分離した観測センサ設置部に、観測センサと共に搭載された第３の慣性センサと、
該第３の慣性センサからの情報をもとに前記観測センサ設置部の並進および回転変位を算出する観測センサ設置部姿勢検出器を設けた請求項１記載の指向軸推定装置。
【請求項３】
望遠鏡設置部に搭載した第４の慣性センサと、
該第４の慣性センサからの情報をもとに前記望遠鏡設置部の並進および回転変位を算出する望遠鏡設置部姿勢検出器を設けた請求項１または２に記載の指向軸推定装置。
【請求項４】
望遠鏡部の主鏡に設置した第５の慣性センサと、
該第５の慣性センサからの情報をもとに前記望遠鏡部の主鏡の並進および回転変位を算出する望遠鏡部主鏡姿勢検出器と、
前記望遠鏡部の副鏡に設置した第６の慣性センサと、
第６の慣性センサからの情報をもとに前記副鏡の並進および回転変位を算出する望遠鏡部副鏡姿勢検出器を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の指向軸推定装置。
【請求項５】
慣性センサは、加速度センサとサーボ加速度センサとを組み合わせた請求項１から４のいずれか１項に記載の指向軸推定装置。
【請求項６】
望遠鏡部から出射されるレーザ光を平行光に変換する光学系を設け、
慣性センサは、角速度センサとジャイロセンサとを組み合わせた請求項１から４のいずれか１項に記載の指向軸推定装置。
【請求項７】
慣性センサおよび望遠鏡搭載構造物からの姿勢角情報を、指向軸変動推定器に入力する構成とした請求項１から６のいずれか１項に記載の指向軸推定装置。
【請求項８】
光軸変動検出器は、観測センサと共用した請求項１から７のいずれか１項に記載の指向軸推定装置。
【請求項９】
レーザ光源部に、指向軸の基準となるレーザ光の一部を分岐させるビームスプリッタと、
前記分岐されたレーザ光を検出するレーザ基準光軸変動検出器とを設け、
レーザ基準光指向方向算出器は、前記レーザ基準光軸変動検出器からの情報に基づいてレーザ光源の内部に起因するレーザ光自身の指向変動を算出し、
指向軸変動推定器は、前記レーザ基準光指向方向算出器から出力される前記レーザ光自身の指向変動を除去して、望遠鏡の真の指向軸変動を算出する請求項１から８のいずれか１項に記載の指向軸推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、望遠鏡指向軸変動以外の要因による指向軸変動を除去し望遠鏡の真の指向軸変動を算出する指向軸変動推定器を備えた指向軸推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の指向軸推定装置では、光学センサ内の光学系光軸や検出部取付けによるアライメント変動を複数のレーザ光と、このレーザ光を受ける受光素子とにより検出し、地上局へ伝送することにより、光学センサ内のランダム及び短周期のアライメント変動に伴う観測の視線方向（ポインティング方向）および光学性能の変化による画像歪の補正を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５０７６７号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような指向軸推定装置にあっては、視線方向の基準となるレーザ光源部の光軸変動は検出できない。また、レーザ光を受ける受光素子部の姿勢変化に伴う光軸変動は検出できない。その結果、望遠鏡で真に発生する指向軸変動を推定できないという問題点があった。【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、望遠鏡指向軸変動以外の要因による指向軸変動を除去し、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する指向軸推定装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る指向軸推定装置は、レーザ光源部の並進および回転変位を算出するレーザ光源部姿勢検出器と、光軸検出部の並進および回転変位を算出する光軸検出部姿勢検出器と、光軸変動検出器からの情報を基に指向軸を算出する指向軸算出器と、これら検出器および算出器から出力される変位データに基づき望遠鏡の真の指向軸変動を算出する指向軸変動推定器を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、望遠鏡指向軸変動以外の要因による指向軸変動を除去し望遠鏡の真の指向軸変動を推定できる、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による指向軸推定装置のレーザ光源部を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による指向軸推定装置の光軸検出部を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による指向軸推定のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１による指向軸推定装置の観測光とレーザ基準光の分離方法（その１）を説明するための側面図である。
【図６】本発明の実施の形態１による指向軸推定装置の観測光とレーザ基準光の分離方法（その２）を説明するための側面図である。
【図７】本発明の実施の形態２による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図８】本発明の実施の形態２による指向軸推定装置の観測センサ設置部に搭載された観測センサおよび第３の慣性センサを示す上面図である。
【図９】本発明の実施の形態２による指向軸推定のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による指向軸推定装置の望遠鏡設置部を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による指向軸推定のフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による指向軸推定装置の望遠鏡部の主鏡に搭載された第５の慣性センサを示す背面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４による指向軸推定装置の望遠鏡部の副鏡に搭載された第６の慣性センサを示す正面図である。
【図１６】本発明の実施の形態６による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図１７】本発明の実施の形態６による指向軸推定装置のレーザ光源部を示す上面図である。
【図１８】本発明の実施の形態６による指向軸推定装置の光軸検出部を示す上面図である。
【図１９】本発明の実施の形態７による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図２０】本発明の実施の形態７による指向軸推定装置を示す上面図である。
【図２１】本発明の実施の形態７による指向軸推定のフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態８による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図２３】本発明の実施の形態９による指向軸推定装置を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施の形態９による指向軸推定のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による指向軸推定装置を示す側面図である。望遠鏡搭載構造物１７にレーザ光源部４、光軸検出部１１、望遠鏡部１６が搭載されている。望遠鏡部１６では、望遠鏡設置部１５上に、鏡筒１２、主鏡１３、および副鏡１４が設けられており、鏡筒１２が望遠鏡設置部１５に固定されている。レーザ光源部４には、レーザ光源設置部３にレーザ光源１および第１の慣性センサ２が設けられている。レーザ光源１は、十分な剛性を有するレーザ光源設置部３に、固定されている。
【００１０】
レーザ光源部４を上から見た図２において、第１の慣性センサ２の配置方法の一例を示す。レーザ光進行方向を＋ｚ軸、紙面垂直手前方向を＋ｙ軸、＋ｚ軸をｙ軸周りに反時計方向へ９０度回転させたものを＋ｘ軸と定義する。レーザ光源設置部３のｘ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出するために第１の慣性センサ２ａ、２ｃはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、レーザ光源設置部３のｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出するために第１の慣性センサ２ｂ、２ｄはｙ軸方向の変位を検出できる配置としている。また、第１の慣性センサ２ａ〜２ｄは半径ＲL上に配置とする。
【００１１】
次に、図２で示す第１の慣性センサ２によるレーザ光源設置部３のｘ軸方向並進変位δx,LS、ｘ軸周り回転変位φX,LS、ｙ軸方向並進変位δy,LS、およびｙ軸周り回転変位のφy,LSの検出方法を述べる。第１の慣性センサ２ｃの出力をＬ１、第１の慣性センサ２ｄの出力をＬ２、第１の慣性センサ２ａの出力をＬ３、第１の慣性センサ２ｂの出力をＬ４とすると、レーザ光源設置部３の並進変位および角度変位と第１の慣性センサ２ａ〜２ｄの出力の関係は式（１−１）で表される。式（１−１）を変形することで、式（１−２）で表されるように、第１の慣性センサ２ａ〜２ｄの出力からレーザ光源設置部３の並進変位および角度変位が得られる。ここで、第１の慣性センサ２ａ〜２ｄが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（１−２）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、並進変位および角度変位に換算できる。さらに、レーザ光源設置部３の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴLS、レーザ光源設置部３の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲLSとすると、レーザ光源設置部３の並進変位および角度変位による指向変動は式（１−３）で表される。ここで、ＴLSおよびＲLSは、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（１−１）、式（１−２）および式（１−３）による演算は、レーザ光源部姿勢検出器１８で実行される。
【００１２】
【数１】
0005872062.tif 000002
【００１３】
【数２】
0005872062.tif 000003
【００１４】
【数３】
0005872062.tif 000004
【００１５】
また、第１の慣性センサ２の配置方法は、レーザ光源設置部３のｘ軸方向並進変位、ｙ軸周り回転変位、ｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。
【００１６】
光軸検出部１１において、光軸検出系設置部１０上に設けられたビームスプリッタ７により望遠鏡部１６から出射されたレーザ光および観測光を分離、分岐させ、レーザ光は光軸変動検出器５に導光し、観測光は反射鏡８を介して観測センサ９に導光している。光軸変動検出器５、ビームスプリッタ７、反射鏡８および観測センサ９は、十分な剛性を有する光軸検出系設置部１０に、直接又は間接に固定されている。また、光軸検出部１１に第２の慣性センサ６が設けられている。
【００１７】
光軸検出部１１を上から見た図３において、第２の慣性センサ６の配置方法の一例を示す。レーザ光進行方向を＋ｘ軸、紙面垂直手前方向を＋ｙ軸、＋ｚ軸をｙ軸周りに反時計方向へ９０度回転させたものを＋ｘ軸と定義する。光軸検出部１１のｘ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出するために第２の慣性センサ６ａ、６ｃはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、光軸検出部１１のｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出するために第２の慣性センサ６ｂ、６ｄはｙ軸方向の変位を検出できる配置としている。また、第２の慣性センサ６ａ〜６ｄは半径Ｒp上に配置とする。
【００１８】
次に、図３で示す第２の慣性センサ６ａ〜６ｄによる光軸検出系設置部１０のｘ軸方向並進変位δx,PS、ｘ軸周り回転変位φX,PS、ｙ軸方向並進変位δy,PS、およびｙ軸周り回転変位φy,PSの検出方法を述べる。第２の慣性センサ６ｃの出力をＰ１、第２の慣性センサ６ｄの出力をＰ２、第２の慣性センサ６ａの出力をＰ３、第２の慣性センサ６ｂの出力をＰ４とすると、光軸検出系設置部１０の変位および角度と第２の慣性センサ６ａ〜６ｄの出力の関係は式（１−４）で表される。式（１−４）を変形することで、式（１−５）で表されるように、第２の慣性センサ６ａ〜６ｄの出力から光軸検出系設置部１０の変位・角度が得られる。ここで、第２の慣性センサが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（１−５）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、変位および角度に換算できる。さらに、光軸検出系設置部１０の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴPS、光軸検出系設置部１０の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲPSとすると、光軸検出系設置部１０の並進変位および角度変位による指向変動は式（１−６）で表される。ここで、ＴPSおよびＲPSは、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（１−４）、式（１−５）および式（１−６）による演算は、光軸検出部姿勢検出器１９で実行される。
【００１９】
【数４】
0005872062.tif 000005
【００２０】
【数５】
0005872062.tif 000006
【００２１】
【数６】
0005872062.tif 000007
【００２２】
また、第２の慣性センサ６の配置方法は、光軸検出部１１のｘ軸方向並進変位、ｙ軸周り回転変位、ｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。さらには、必要であれば、ビームスプリッタ７、反射鏡８に新たな慣性センサを設け、ビームスプリッタ７、反射鏡８のｙ軸方向並進変位、ｘ軸周り回転変位、ｚ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出できるように配置してもよい。この場合においても慣性センサの配置方法は、ビームスプリッタ７、反射鏡８のｙ軸方向並進変位、ｘ軸周り回転変位、ｚ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出できるような全ての組み合わせを含むものとする。
【００２３】
指向軸変動推定器２１において、式（１−７）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部の指向変動および光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部の指向変動を除去して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
【００２４】
【数７】
0005872062.tif 000008
【００２５】
指向軸変動推定のフローチャートを図４に示し、指向軸変動推定の方法を以下にまとめる。
第１処理にて、第１の慣性センサ２から出力される情報をレーザ光源部姿勢検出器１８が取得する。
第２処理にて、レーザ光源部姿勢検出器１８により式（１−１）、式（１−２）の関係式を用いて、レーザ光源部４の変位および角度を算出するとともに、式（１−３）の関係式を用いて、レーザ光源部４の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第３処理にて、第２の慣性センサ６から出力される情報を光軸検出部姿勢検出器１９が取得する。
第４処理にて、光軸検出部姿勢検出器１９により式（１−４）、式（１−５）の関係式を用いて、光軸検出部１１の変位および角度を算出するとともに、式（１−６）の関係式を用いて、光軸検出部１１の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第５処理にて、光軸変動検出器５から出力される情報を指向軸算出器２０が取得する。
第６処理にて、指向軸算出器２０により望遠鏡の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ入力する。
第７処理にて、指向軸変動推定器２１において、式（１−７）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部４の指向変動および光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部１１の指向変動を除去して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
なお、第１〜２処理、第３〜４処理および第５〜６処理は、同時並行で行ってもよい。
【００２６】
また、図５を用いて、ビームスプリッタ７により、レーザ基準光３６と観測光３７を分離する方法の一例を説明する。レーザ基準光３６はビームスプリッタ７を透過して光軸変動検出器５に入射されるとともに、一部は観測センサ９へも入射される。ただし、観測センサ９において、観測の邪魔にならない位置にレーザ基準光３６を入射させるものとする。なお、レーザ基準光３６を偏光させて、ビームスプリッタ７を偏光ビームスプリッタとすることで、レーザ基準光３６のほとんどを透過させて、レーザ基準光３６の観測センサ９への影響を低減する構成も含む。また、観測光３７はビームスプリッタ７により反射されて観測センサ９へ入射されるとともに、一部はビームスプリッタ７を透過する。また、ビームスプリッタ７と光軸変動検出器５の間にレーザ基準光３６の波長のみを透過させるバンドパスフィルタを設置することで、観測光３７の光軸変動検出器５への影響を排除することもできる。
【００２７】
なお、図５にて説明した方法以外でもレーザ基準光３６と観測光３７を分離することができる。例えば、図６に示すように、レーザ基準光３６を観測光３７とは平行光とはせず、傾けて望遠鏡１６に入射させることで、レーザ基準光３６と観測光３７を分離する方法でもよい。観測光とレーザ基準光の波長が近接している場合は、図６の方法を採用することで、観測センサ９の観測視野内に不要な光を入射することを防ぐことができる。この方法では、ビームスプリッタ７の代わりに、一対の反射鏡８を用いて、さらには各反射鏡８の設置角度を調整することで、観測光３７は観測センサ９のみへ入射させるとともに、レーザ基準光３６は光軸変動検出器５のみへ入射させる。
【００２８】
以上より、実施の形態１に係る指向軸推定装置によれば、レーザ光源設置部３に設けた第１の慣性センサ２およびレーザ光源部姿勢検出器１８を備えたことにより指向軸の基準となるレーザ光源部の光軸変動を算出でき、光軸検出部１１に設けた第２の慣性センサ６および光軸検出部姿勢検出器１９を備えたことによりレーザ光軸変動を検出する光軸検出部の姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、光軸変動検出器５および指向軸算出器２０により望遠鏡指向軸変動以外の要因を含んだ指向軸変動を算出でき、指向軸変動推定器２１により望遠鏡指向軸変動以外の要因による指向軸変動を除去することで望遠鏡の真の指向軸変動を推定することができる。
【００２９】
また、実施の形態１に係る指向軸推定装置は、望遠鏡部１６の主鏡１３、副鏡１４や、望遠鏡部１６と光軸変動検出器５の間に設置された図示しないものも含めた光学要素機器に慣性センサを設けて、前記各光学要素機器の変動を見ることで間接的に望遠鏡指向軸変動を推定するのではなく、レーザ光源１から射出される指向軸の基準となるレーザ光を望遠鏡部１６に入射し、最終端の光軸変動検出器５に前記レーザ光を導光して光軸変動検出器５により直接望遠鏡指向軸変動を見ることで、望遠鏡部１６の入射口から光軸変動検出器５までの、全ての光学要素機器による影響を考慮した、直接的な望遠鏡指向軸変動の検出ができる構成としている。このような構成にすれば、各光学要素機器に慣性センサを設ける必要が無いため、例えば小型のレンズなど慣性センサを設置できないような光学要素機器の変動による影響も含めた望遠鏡指向軸変動を高精度で推定できるという顕著な効果が得られる。さらには、恒星やランドマークとなる物体など指向軸の基準となるものが無い場合においても、レーザ光源１から射出される指向軸の基準となるレーザ光を有するため、常時、望遠鏡指向軸変動の検出ができるという顕著な効果が得られる。
【００３０】
加えて、人工衛星搭載望遠鏡や観測機器などにおいては、望遠鏡あるいは観測機器の指向軸変動を抑制するために、これらを相互に支持する支持機構や構体などの構造部を高剛性化する方策や、望遠鏡あるいは観測機器とその取り付け部との間に振動遮断装置を挿入する等の方策がある。しかし、前記方策を実施した場合、機器の大型化および重量増加になる可能性が高く、場合によってはロケットによる打ち上げが困難になることが考えられる。本構成によれば、構造部の剛性は従来と同程度でよく、機器の大型化および重量増加を回避でき、かつ望遠鏡の真の指向軸変動を推定することができるという顕著な効果が得られる。
【００３１】
実施の形態２．
図１においては、光軸検出系設置部１０に光軸検出部１１と観測センサ９が搭載されているが、図７のように光軸検出系設置部１０に光軸検出部１１を搭載し、観測センサ設置部２３に観測センサ９を搭載して、光軸検出部１１と観測センサ９を分離する構成としてもよい。観測センサ設置部２３には、観測センサ９および第３の慣性センサ２２が設けられている。観測センサ９は、十分な剛性を有する観測センサ設置部２３に、固定されている。
【００３２】
観測センサ設置部２３を上から見た図８において、第３の慣性センサ２２の配置方法の一例を示す。観測光進行方向を＋ｚ軸、紙面垂直手前方向を＋ｙ軸、＋ｚ軸をｙ軸周りに反時計方向へ９０度回転させたものを＋ｘ軸と定義する。観測センサ設置部２３のｘ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出するために第３の慣性センサ２２ａ、２２ｃはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、観測センサ設置部２３のｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出するために第３の慣性センサ２２ｂ、２２ｄはｙ軸方向の変位を検出できる配置としている。また、第３の慣性センサ２２ａ〜２２ｄは半径ＲO上に配置とする。
【００３３】
次に、図８で示す第３の慣性センサによる観測センサ設置部２３のｘ軸方向並進変位δx,OS、x軸周り回転変位φX,OS、y軸方向並進変位δy,OS、およびy軸周り回転変位φy,OSの検出方法を述べる。第３の慣性センサ２２ｃの出力をＯ１、第３の慣性センサ２２ｄの出力をＯ２、第３の慣性センサ２２ａの出力をＯ３、第３の慣性センサ２２ｂの出力をＯ４とすると、観測センサ設置部２３の並進変位および角度変位と第３の慣性センサ２２ａ〜２２ｄの出力の関係は式（２−１）で表される。式（２−１）を変形することで、式（２−２）で表されるように、第３の慣性センサ２２ａ〜２２ｄの出力から観測センサ設置部２３の並進変位および角度変位が得られる。ここで、第３の慣性センサが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（２−２）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、並進変位および角度変位に換算できる。さらに、観測センサ設置部２３の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴOS、観測センサ設置部２３の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲOSとすると、観測センサ設置部２３の並進変位および角度変位による指向変動は式（２−３）で表される。ここで、ＴOSおよびＲOSは、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（２−１）、式（２−２）および式（２−３）による演算は、観測センサ設置部姿勢検出器２４で実行される。
【００３４】
【数８】
0005872062.tif 000009
【００３５】
【数９】
0005872062.tif 000010
【００３６】
【数１０】
0005872062.tif 000011
【００３７】
また、第３の慣性センサの配置方法は、観測センサ設置部２３のｘ軸方向並進変位、ｙ軸周り回転変位、ｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。さらには、光軸検出部１１については図３による構成と同等とする。
【００３８】
指向軸変動推定器２１において、式（２−４）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部の指向変動および光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部の指向変動を除去し、さらに観測センサ設置部姿勢検出器２４で算出された観測センサ設置部の指向変動と光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部の姿勢変動の相対姿勢変動を考慮して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。また、光軸変動検出器５上における指向軸変動と観測センサ９上における指向軸変動との相対姿勢変動値が、ある閾値より大きい場合は、光軸検出部および観測センサ設置部が異常であると判断する。
【００３９】
【数１１】
0005872062.tif 000012
【００４０】
指向軸変動推定のフローチャートを図９に示し、指向軸変動推定の方法を以下にまとめる。
第１処理にて、第１の慣性センサ２から出力される情報をレーザ光源部姿勢検出器１８が取得する。
第２処理にて、レーザ光源部姿勢検出器１８により式（１−１）、式（１−２）の関係式を用いて、レーザ光源部４の変位および角度を算出するとともに、式（１−３）の関係式を用いて、レーザ光源部４の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第３処理にて、第２の慣性センサ６から出力される情報を光軸検出部姿勢検出器１９が取得する。
第４処理にて、光軸検出部姿勢検出器１９により式（１−４）、式（１−５）の関係式を用いて、光軸検出部１１の変位および角度を算出するとともに、式（１−６）の関係式を用いて、光軸検出部１１の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第５処理にて、第３の慣性センサ２２から出力される情報を観測センサ設置部姿勢検出器２４が取得する。
第６処理にて、観測センサ設置部姿勢検出器２４により式（２−１）、式（２−２）の関係式を用いて、観測センサ設置部２３の変位および角度を算出するとともに、式（２−３）の関係式を用いて、観測センサ設置部２３の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第７処理にて、光軸変動検出器５から出力される情報を指向軸算出器２０が取得する。
第８処理にて、指向軸算出器２０により望遠鏡の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ入力する。
第９処理にて、指向軸変動推定器２１において、式（２−４）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部４の指向変動および光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部１１の指向変動を除去し、さらに観測センサ設置部姿勢検出器２４で算出された観測センサ設置部２３の指向変動と光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部１１の姿勢変動の相対姿勢変動を考慮して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
なお、第１〜２処理、第３〜４処理、第５〜６処理および第７〜８処理は、同時並行で行ってもよい。
【００４１】
以上より、実施の形態２に係る指向軸推定装置よれば、光軸検出部１１に設けた第２の慣性センサ６および光軸検出部姿勢検出器１９を備えたことによりレーザ光軸変動を検出する光軸検出部の姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、観測センサ設置部２３に設けた第３の慣性センサ２２および観測センサ設置部姿勢検出器２４を備えたことにより観測センサ設置部の姿勢変化に伴う光軸変動を算出できる。さらに、光軸変動検出器５上における指向軸変動と観測センサ９上における指向軸変動との相対姿勢変動を算出できるとともに、相対姿勢変動値がある閾値より大きい場合は、光軸検出部および観測センサ設置部が異常であることを検知できる。加えて、光軸変動検出器と観測センサを分離して配置することができるため、光軸変動検出器と観測センサの配置の自由度を増大することができる。
【００４２】
実施の形態３．
図１においては、望遠鏡設置部１５に慣性センサが設置されていないが、図１０のように望遠鏡設置部１５に第４の慣性センサ２５を設ける構成としてもよい。なお、鏡筒１２が固定されている望遠鏡設置部１５は、十分な剛性を有している。
【００４３】
望遠鏡設置部１５を上から見た図１１において、第４の慣性センサ２５の配置方法の一例を示す。レーザ光進行方向を＋ｚ軸、紙面垂直手前方向を＋ｙ軸、＋ｚ軸をｙ軸周りに反時計方向へ９０度回転させたものを＋ｘ軸と定義する。望遠鏡設置部１５のｘ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出するために第４の慣性センサ２５ａ、２５ｃはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、望遠鏡設置部１５のｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出するために第４の慣性センサ２５ｂ、２５ｄはｙ軸方向の変位を検出できる配置としている。また、第４の慣性センサ２５ａ〜２５ｄは半径ＲT上に配置とする。
【００４４】
次に、図１１で示す第４の慣性センサによる望遠鏡設置部１５のｘ軸方向並進変位δx,TS、ｘ軸周り回転変位φX,TS、ｙ軸方向並進変位δy,TS、およびｙ軸周り回転変位φy,TSの検出方法を述べる。第４の慣性センサ２５ｃの出力をＴ１、第４の慣性センサ２５ｄの出力をＴ２、第４の慣性センサ２５ａの出力をＴ３、第４の慣性センサ２５ｂの出力をＴ４とすると、望遠鏡設置部１５の並進変位および角度変位と第４の慣性センサ２５ａ〜２５ｄの出力の関係は式（３−１）で表される。式（３−１）を変形することで、式（３−２）で表されるように、第４の慣性センサ２５ａ〜２５ｄの出力から望遠鏡設置部１５の並進変位および角度変位が得られる。ここで、第４の慣性センサが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（３−２）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、並進変位および角度変位に換算できる。さらに、望遠鏡設置部１５の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴTS、望遠鏡設置部１５の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲTSとすると、望遠鏡設置部１５の並進変位および角度変位による指向変動は式（３−３）で表される。ここで、ＴTSおよびＲTSは、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（３−１）、式（３−２）および式（３−３）による演算は、望遠鏡設置部姿勢検出器２６で実行される。
【００４５】
【数１２】
0005872062.tif 000013
【００４６】
【数１３】
0005872062.tif 000014
【００４７】
【数１４】
0005872062.tif 000015
【００４８】
また、第４の慣性センサの配置方法は、望遠鏡設置部１５のｘ軸方向並進変位、ｙ軸周り回転変位、ｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。
【００４９】
指向軸変動推定器２１において、式（３−４）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部の指向変動および光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部の指向変動を除去し、さらに望遠鏡設置部姿勢検出器２６で算出された望遠鏡設置部の指向変動を除去して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。また、望遠鏡の真の指向軸変動推定値と望遠鏡設置部１５の変位および角度による指向変動の差分を算出して、これが０であれば、指向軸変動の原因は望遠鏡設置部の姿勢変化ではないと判断し、前記差分の値が０でなければ、指向軸変動の原因は望遠鏡設置部の姿勢変化が含まれると判断する。
【００５０】
【数１５】
0005872062.tif 000016
【００５１】
指向軸変動推定のフローチャートを図１２に示し、指向軸変動推定の方法を以下にまとめる。
第１処理にて、第１の慣性センサ２から出力される情報をレーザ光源部姿勢検出器１８が取得する。
第２処理にて、レーザ光源部姿勢検出器１８により式（１−１）、式（１−２）の関係式を用いて、レーザ光源部４の変位および角度を算出するとともに、式（１−３）の関係式を用いて、レーザ光源部４の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第３処理にて、第２の慣性センサ６から出力される情報を光軸検出部姿勢検出器１９が取得する。
第４処理にて、光軸検出部姿勢検出器１９により式（１−４）、式（１−５）の関係式を用いて、光軸検出部１１の変位および角度を算出するとともに、式（１−６）の関係式を用いて、光軸検出部１１の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第５処理にて、第４の慣性センサ２５から出力される情報を望遠鏡設置部姿勢検出器２６が取得する。
第６処理にて、望遠鏡設置部姿勢検出器２６により式（３−１）、式（３−２）の関係式を用いて、望遠鏡設置部１５の変位および角度を算出するとともに、式（３−３）の関係式を用いて、望遠鏡設置部１５の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第７処理にて、光軸変動検出器５から出力される情報を指向軸算出器２０が取得する。
第８処理にて、指向軸算出器２０により望遠鏡の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ入力する。
第９処理にて、指向軸変動推定器２１において、式（３−４）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部４の指向変動および光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部１１の指向変動を除去し、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。さらに、望遠鏡設置部姿勢検出器２６で算出された望遠鏡設置部１５の指向変動と、望遠鏡の真の指向軸変動推定値との差分を算出して、指向軸変動の原因に望遠鏡設置部の姿勢変化が含まれるか否かの判断を行う。
なお、第１〜２処理、第３〜４処理、第５〜６処理および第７〜８処理は、同時並行で行ってもよい。
【００５２】
以上より、実施の形態３に係る指向軸推定装置によれば、望遠鏡設置部１５に設けた第４の慣性センサ２５および望遠鏡設置部姿勢検出器２６を備えたことにより、望遠鏡設置部の姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、望遠鏡の指向軸変動の原因が望遠鏡設置部の姿勢変化であることを判別できる。
【００５３】
実施の形態４．
図１においては、望遠鏡部主鏡１３および副鏡１４に慣性センサが設置されていないが、図１３のように主鏡１３に第５の慣性センサ２７を設け、副鏡１４に第６の慣性センサ２９を設ける構成としてもよい。
【００５４】
主鏡１３を背面から見た（図１３において右側からみた）図１４において、第５の慣性センサ２７の配置方法の一例を示す。ここで座標軸は図２および図３と同じ定義である。主鏡のｘ軸方向並進変位を検出するために第５の慣性センサ２７ｄ、２７ｅはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、主鏡のｙ軸方向並進変位を検出するために第５の慣性センサ２７ｂはｙ軸方向の変位を検出できる配置とし、主鏡のｘ軸周りおよびｙ軸周り回転変位を検出するために第５の慣性センサ２７ａ、２７ｃ、２７ｆはｚ軸方向の変位を検出できる配置としている。なお、第５の慣性センサの配置方法は、主鏡１３のｘ軸方向並進変位、ｙ軸方向並進変位、ｘ軸周り回転変位およびｙ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。また、２７ｃあるいは２７ｆのどちらかを未実装、２７ｄあるいは２７ｅのどちらかを未実装とすることも第５の慣性センサの配置方法に含むものとする。また、第５の慣性センサ２７ａ〜２７ｆは半径ＲM1上に配置とする。
【００５５】
次に、図１４で示す第５の慣性センサによる望遠鏡部主鏡１３のｘ軸方向並進変位δx,M1、ｘ軸周り回転変位φX,M1、ｙ軸方向並進変位δy,M1、およびｙ軸周り回転変位φy,M1の検出方法を述べる。第５の慣性センサ２７ａの出力をＭ１、第５の慣性センサ２７ｃの出力をＭ２、第５の慣性センサ２７ｆの出力をＭ３、第５の慣性センサ２７ｂの出力をＭ４、２７ｄの出力をＭ５、第５の慣性センサ２７ｅの出力をＭ６とすると、望遠鏡部主鏡１３の並進変位および角度変位と第５の慣性センサ２７ａ〜２７ｆの出力の関係は式（４−１）で表される。式（４−１）を変形することで、式（４−２）で表されるように、第５の慣性センサ２７ａ〜２７ｆの出力から望遠鏡部主鏡１３の並進変位および角度変位が得られる。ここで、第５の慣性センサが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（４−２）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、並進変位・角度変位に換算できる。さらに、望遠鏡部主鏡１３の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴM1、望遠鏡部主鏡１３の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲM1とすると、望遠鏡部主鏡１３の並進変位・角度変位による指向変動は式（４−３）で表される。ここで、ＴM1およびはＲM1、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（４−１）、式（４−２）および式（４−３）による演算は、望遠鏡部主鏡姿勢検出器２８で実行される。
【００５６】
【数１６】
0005872062.tif 000017
【００５７】
【数１７】
0005872062.tif 000018
【００５８】
【数１８】
0005872062.tif 000019
【００５９】
副鏡１４を正面から見た（図１３において左側からみた）図１５において、第６の慣性センサ２９の配置方法の一例を示す。ここで座標軸は図２および図３と同じ定義である。副鏡のｘ軸方向並進変位を検出するために第６の慣性センサ２９ｄ、２９ｅはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、副鏡のｙ軸方向並進変位を検出するために第６の慣性センサ２９ｂはｙ軸方向の変位を検出できる配置とし、副鏡のｘ軸周りおよびｙ軸周り回転変位を検出するために第６の慣性センサ２９ａ、２９ｃ、２９ｆはｚ軸方向の変位を検出できる配置としている。なお、第６の慣性センサの配置方法は、副鏡１４のｘ軸方向並進変位、ｙ軸方向並進変位、ｘ軸周り回転変位およびｙ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。また、第６の慣性センサ２９ｃあるいは２９ｆのどちらかを未実装、第６の慣性センサ２９ｄあるいは２９ｅのどちらかを未実装とすることも第６の慣性センサの配置方法に含むものとする。また、第６の慣性センサ２９ａ〜２９ｆは半径ＲM2上に配置とする。
【００６０】
次に、図１５で示す第６の慣性センサによる望遠鏡部副鏡１４のｘ軸方向並進変位δx,M2、x軸周り回転変位φX,M2、y軸方向並進変位δy,M2、およびy軸周り回転変位φy,M2の検出方法を述べる。第６の慣性センサ２９ａの出力をＳ１、第６の慣性センサ２９ｃの出力をＳ２、第６の慣性センサ２９ｆの出力をＳ３、第６の慣性センサ２９ｂの出力をＳ４、第６の慣性センサ２９ｄの出力をＳ５、第６の慣性センサ２９ｅの出力をＳ６とすると、望遠鏡部副鏡１４の並進変位および角度変位と第６の慣性センサ２９ａ〜２９ｆの出力の関係は式（４−４）で表される。式（４−４）を変形することで、式（４−５）で表されるように、第６の慣性センサ２９ａ〜２９ｆの出力から望遠鏡部副鏡１４の並進変位および角度変位が得られる。ここで、第６の慣性センサが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（４−５）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、並進変位および角度変位に換算できる。さらに、望遠鏡部副鏡１４の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴM2、望遠鏡部副鏡１４の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲM2とすると、望遠鏡部副鏡１４の並進変位・角度変位による指向変動は式（４−６）で表される。ここで、ＴM2およびＲM2は、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（４−４）、式（４−５）および式（４−６）による演算は、望遠鏡部副鏡姿勢検出器３０で実行される。
【００６１】
【数１９】
0005872062.tif 000020
【００６２】
【数２０】
0005872062.tif 000021
【００６３】
【数２１】
0005872062.tif 000022
【００６４】
このような構成によれば、主鏡１３に設けた第５の慣性センサ２７および望遠鏡部主鏡姿勢検出器２８を備えたことにより主鏡の姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、副鏡１４に設けた第６の慣性センサ２９および望遠鏡部副鏡姿勢検出器３０を備えたことにより副鏡の姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、望遠鏡の指向軸変動の原因が望遠鏡部主鏡の姿勢変化あるいは副鏡の姿勢変化であることを判別できる。
【００６５】
実施の形態５．
この実施の形態では、慣性センサの代わりに、加速度センサとサーボ加速度センサとを組み合わせた構成を用いる。具体的には、図２において、第１の慣性センサ２ａ〜２ｄは、それぞれ、加速度センサとサーボ加速度センサを組み合わせた構成としてもよい。同様に、図３において、第２の慣性センサ６ａ〜６ｄは、それぞれ、加速度センサとサーボ加速度センサを組み合わせた構成としてもよく、図８において、第３の慣性センサ２２ａ〜２２ｄは、それぞれ、加速度センサとサーボ加速度センサを組み合わせた構成としてもよく、図１１において、第４の慣性センサ２５ａ〜２５ｄは、それぞれ、加速度センサとサーボ加速度センサを組み合わせた構成としてもよい。
【００６６】
サーボ加速度センサは、低雑音で直流成分の加速度まで測定できるので、高周波成分の測定精度に優れた加速度センサと組合せることで、直流成分から高周波成分まで広い範囲の加速度を正確に測定できる。この測定値に基づいて光軸変動成分を求めることで、第１の慣性センサ２ａ〜２ｄに用いた場合は、指向軸の基準となるレーザ光源部の光軸変動成分を直流成分から高周波成分まで検出できる。同様に、第２の慣性センサ６ａ〜６ｄに用いた場合は、レーザ光軸変動を検出する光軸検出部の姿勢変化に伴う光軸変動成分を直流成分から高周波成分まで検出でき、第３の慣性センサ２２ａ〜２２ｄに用いた場合は、観測センサ設置部の姿勢変化に伴う光軸変動成分を直流成分から高周波成分まで検出でき、第４の慣性センサ２５ａ〜２５ｄに用いた場合は、望遠鏡設置部の姿勢変化に伴う光軸変動成分を直流成分から高周波成分まで検出できる。これらにより、望遠鏡指向軸変動以外の要因による指向軸変動の直流成分から高周波成分までを検出でき、望遠鏡の真の指向軸変動を広帯域で推定できる。
【００６７】
実施の形態６．
図１においては、望遠鏡部１６から出射されるレーザ光を平行光とは限定していないが、図１６のように主鏡１３および副鏡１４で反射されたレーザ光をコリメートレンズ３１に透過させることで望遠鏡１６から出射されるレーザ光を平行光に変換する構成としてもよい。このとき、光軸変動検出器５は角度検出器とし、レーザ光源１から出射されるレーザ光は平行光とする。
【００６８】
また、図１７のように、レーザ光源設置部３に設けられた第１の慣性センサ２ｅ〜２ｆはそれぞれ、角速度センサとジャイロセンサを組み合わせた構成とし、図１８のように、光軸検出系設置部１０に設けられた第２の慣性センサ６ｅ〜６ｆはそれぞれ、角速度センサとジャイロセンサを組み合わせた構成としてもよい。一般に、角速度センサの応答周波数は数Ｈｚから１０００Ｈｚ以上の領域を有するが、直流成分から数Ｈｚまでの低周波領域は応答しない。また、ジャイロセンサの応答周波数は一般に、直流成分から数十あるいは数百Ｈｚの領域を有するが、高周波領域は応答しない。そこで、第１の慣性センサおよび第２の慣性センサをそれぞれ角速度センサとジャイロセンサの組み合わせにより構成することで、直流成分から高周波成分まで広い範囲の角速度を正確に測定できる。なお、第１の慣性センサ２および第２の慣性センサ６の配置方法は、レーザ光源設置部３あるいは光軸検出部１１のｙ軸周り回転変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。
【００６９】
このような構成によれば、加速度センサを用いた構成と比較して、変位を算出する過程における積分演算回数を削減できるので、センサのドリフト成分による蓄積誤差を低減できる。また、慣性センサの個数を削減することができ、指向軸推定装置を小型軽量化および高信頼性化できる。
【００７０】
実施の形態７．
図１９のように、望遠鏡搭載構造物１７の姿勢情報を検出するための第７の慣性センサ３２および望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３を設けた構成としてもよい。なお、望遠鏡搭載構造物１７は、十分な剛性を有している。また、第７の慣性センサ３２は、慣性空間における望遠鏡搭載構造物１７の姿勢情報を取得できる全てのセンサの種類を含むものとする。
【００７１】
望遠鏡搭載構造物１７を上から見た図２０において、第７の慣性センサ３２の配置方法の一例を示す。レーザ光進行方向を＋ｚ軸、紙面垂直手前方向を＋ｙ軸、＋ｚ軸をｙ軸周りに反時計方向へ９０度回転させたものを＋ｘ軸と定義する。望遠鏡搭載構造物１７のｘ軸方向並進変位およびｙ軸周り回転変位を検出するために第７の慣性センサ３２ａ、３２ｃはｘ軸方向の変位を検出できる配置とし、望遠鏡搭載構造物１７のｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出するために第７の慣性センサ３２ｂ、３２ｄはｙ軸方向の変位を検出できる配置としている。また、第７の慣性センサ３２ａ〜３５ｄはｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の交点から距離ＲB上に配置とする。
【００７２】
次に、図２０で示す第７の慣性センサによる望遠鏡搭載構造物１７のｘ軸方向並進変位δx,BS、x軸周り回転変位φX,BS、y軸方向並進変位δy,BS、およびy軸周り回転変位φy,BSの検出方法を述べる。第７の慣性センサ３２ｃの出力をＢ１、第７の慣性センサ３２ｄの出力をＢ２、第７の慣性センサ３２ａの出力をＢ３、第７の慣性センサ３２ｂの出力をＢ４とすると、望遠鏡搭載構造物１７の並進変位および角度変位と第７の慣性センサ３２ａ〜３２ｄの出力の関係は式（７−１）で表される。式（７−１）を変形することで、式（７−２）で表されるように、第７の慣性センサ３２ａ〜３２ｄの出力から望遠鏡搭載構造物１７の並進変位および角度変位が得られる。ここで、第７の慣性センサが速度あるいは加速度を出力するものであれば、式（７−２）で得られた値を１回積分あるいは２回積分することで、並進変位および角度変位に換算できる。さらに、望遠鏡搭載構造物１７の並進変位に対する指向誤差光学変換係数をＴBS、望遠鏡搭載構造物１７の角度変位に対する指向誤差光学変換係数をＲBSとすると、望遠鏡搭載構造物１７の並進変位および角度変位による指向変動は式（７−３）で表される。ここで、ＴBSおよびＲBSは、光学感度解析を実施して算出するものとする。なお、式（７−１）、式（７−２）および式（７−３）による演算は、望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３で実行される。
【００７３】
【数２２】
0005872062.tif 000023
【００７４】
【数２３】
0005872062.tif 000024
【００７５】
【数２４】
0005872062.tif 000025
【００７６】
なお、望遠鏡搭載構造物１７に設ける第７の慣性センサ３２は、実施の形態５で述べたように、加速度センサとサーボ加速度センサを組み合わせた構成としてもよい。あるいは、実施の形態６で述べたように、望遠鏡搭載構造物１７の姿勢角度変動のみが検出できればよい場合、第７の慣性センサ３２は角速度センサとジャイロセンサを組み合わせた構成としてもよい。第７の慣性センサ３２を加速度センサとサーボ加速度センサの組み合わせとする場合の配置方法は、望遠鏡搭載構造物１７のｘ軸方向並進変位、ｙ軸周り回転変位、ｙ軸方向並進変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。第７の慣性センサ３２を角速度センサとジャイロセンサの組み合わせとする場合の配置方法は、望遠鏡搭載構造物１７のｙ軸周り回転変位およびｘ軸周り回転変位を検出できる全ての組み合わせを含むものとする。
【００７７】
指向軸変動推定器２１において、式（７−４）の関係式を用いて、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出したレーザ光源部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去してレーザ光源部相対指向変動を算出するとともに、光軸検出部姿勢検出器１９で算出した光軸検出部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去して光軸検出部相対指向変動を算出する。
【００７８】
次に、指向軸変動推定器２１において、式（７−５）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸から、レーザ光源部相対指向変動および光軸検出部相対指向変動を除去して望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
【００７９】
【数２５】
0005872062.tif 000026
【００８０】
【数２６】
0005872062.tif 000027
【００８１】
指向軸変動推定のフローチャートを図２１に示し、指向軸変動推定の方法を以下にまとめる。
第１処理にて、第１の慣性センサ２から出力される情報をレーザ光源部姿勢検出器１８が取得する。
第２処理にて、レーザ光源部姿勢検出器１８により式（１−１）、式（１−２）の関係式を用いて、レーザ光源部４の変位および角度を算出するとともに、式（１−３）の関係式を用いて、レーザ光源部４の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第３処理にて、第２の慣性センサ６から出力される情報を光軸検出部姿勢検出器１９が取得する。
第４処理にて、光軸検出部姿勢検出器１９により式（１−４）、式（１−５）の関係式を用いて、光軸検出部１１の変位および角度を算出するとともに、式（１−６）の関係式を用いて、光軸検出部１１の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第５処理にて、第７の慣性センサ３２から出力される情報を望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３が取得する。
第６処理にて、望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３により式（７−１）、式（７−２）の関係式を用いて、望遠鏡搭載構造物１７の変位および角度を算出するとともに、式（７−３）の関係式を用いて、望遠鏡搭載構造物１７の姿勢変化を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第７処理にて、光軸変動検出器５から出力される情報を指向軸算出器２０が取得する。
第８処理にて、指向軸算出器２０により望遠鏡の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ入力する。
第９処理にて、指向軸変動推定器２１において、式（７−４）の関係式を用いて、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出したレーザ光源部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去してレーザ光源部相対指向変動を算出するとともに、光軸検出部姿勢検出器１９で算出した光軸検出部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去して光軸検出部相対指向変動を算出する。
次に、指向軸変動推定器２１において、式（７−５）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸から、レーザ光源部相対指向変動および光軸検出部相対指向変動を除去して望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
なお、第１〜２処理、第３〜４処理、第５〜６処理および第７〜８処理は、同時並行で行ってもよい。
【００８２】
以上より、実施の形態７に係る指向軸推定装置によれば、望遠鏡搭載構造物１７に設けた第７の慣性センサ３２および望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３を備えたことにより、望遠鏡搭載構造物姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、指向軸変動推定器２１において、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出したレーザ光源部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去してレーザ光源部相対指向変動を算出することで、レーザ光源部の指向変動から望遠鏡搭載構造物の姿勢変化を切り分けることができる。また、望遠鏡搭載構造物１７に設けた第７の慣性センサ３２および望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３を備えたことにより、望遠鏡搭載構造物姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、指向軸変動推定器２１において、光軸検出部姿勢検出器１９で算出した光軸検出部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去して光軸検出部相対指向変動を算出することで、光軸検出部の指向変動から望遠鏡搭載構造物の姿勢変化を切り分けることができる。同様に、望遠鏡搭載構造物１７に設けた第７の慣性センサ３２および望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３を備えたことにより、望遠鏡搭載構造物姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、指向軸変動推定器２１において、観測センサ設置部姿勢検出器２４で算出した観測センサ設置部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去して観測センサ設置部相対指向変動を算出することで、観測センサ設置部の指向変動から望遠鏡搭載構造物の姿勢変化を切り分けることができる。同様に、望遠鏡搭載構造物１７に設けた第７の慣性センサ３２および望遠鏡搭載構造物姿勢検出器３３を備えたことにより、望遠鏡搭載構造物姿勢変化に伴う光軸変動を算出でき、指向軸変動推定器２１において、望遠鏡設置部姿勢検出器２６で算出した望遠鏡設置部指向変動から望遠鏡搭載構造物勢検出器３３で算出した望遠鏡搭載構造物姿勢変化を除去して望遠鏡設置部相対指向変動を算出することで、望遠鏡設置部の指向軸変動の指向変動から望遠鏡搭載構造物の姿勢変化を切り分けることができる。したがって、望遠鏡の指向軸変動と、望遠鏡搭載構造物の姿勢変化を切り分けることができる。
【００８３】
実施の形態８．
図２２のように、観測センサ９として広帯域観測センサ９’を用いることで、光軸変動検出器を観測センサと共用する構成としてもよい。
【００８４】
望遠鏡の真の指向軸変動を広帯域で推定する場合、光軸変動検出器５は推定したい帯域と同程度以上の読み出し速度を必要とする。一般に、観測センサ９は読み出し速度が遅いが、例えば高速読み出し（推定したい帯域と同程度以上の読み出し速度）が可能なＣＭＯＳセンサで観測センサ（ここでは広帯域観測センサ９’と呼ぶ）を実現できる場合、光軸変動検出器と観測センサとを共用することができる。
【００８５】
このような構成によれば、光軸変動検出器を削減でき、指向軸推定装置を小型軽量化および高信頼性化することができる。
【００８６】
実施の形態９．
図２３のように、ビームスプリッタ７ｂ、反射鏡８ｂ、レーザ基準光軸変動検出器３４およびレーザ基準光指向方向算出器３５を設けた構成としてもよい。指向軸の基準となるレーザ光の一部をビームスプリッタ７ｂで分岐し、反射鏡８ｂで折り返してレーザ基準光軸変動検出器３４に入射する。レーザ基準光軸変動検出器３４からの情報を用いてレーザ基準光指向方向算出器３５により、レーザ光源内部に起因するレーザ光自身の指向軸変動を算出する。
【００８７】
指向軸変動推定器２１において、式（９−１）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部の指向変動、光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部の指向変動、およびレーザ基準光指向方向算出器３５で算出されたレーザ基準光軸指向変動を除去して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
【００８８】
【数２７】
0005872062.tif 000028
【００８９】
指向軸変動推定のフローチャートを図２４に示し、指向軸変動推定の方法を以下にまとめる。
第１処理にて、第１の慣性センサ２から出力される情報をレーザ光源部姿勢検出器１８が取得する。
第２処理にて、レーザ光源部姿勢検出器１８により式（１−１）、式（１−２）の関係式を用いて、レーザ光源部４の変位および角度を算出するとともに、式（１−３）の関係式を用いて、レーザ光源部４の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第３処理にて、第２の慣性センサ６から出力される情報を光軸検出部姿勢検出器１９が取得する。
第４処理にて、光軸検出部姿勢検出器１９により式（１−４）、式（１−５）の関係式を用いて、光軸検出部１１の変位および角度を算出するとともに、式（１−６）の関係式を用いて、光軸検出部１１の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第５処理にて、レーザ基準光軸変動検出器３４から出力される情報をレーザ基準光指向方向算出器３５が取得する。
第６処理にて、レーザ基準光指向方向算出器３５により、レーザ光自身の指向軸変動を算出して指向軸変動推定器２１へ出力する。
第７処理にて、光軸変動検出器５から出力される情報を指向軸算出器２０が取得する。
第８処理にて、指向軸算出器２０により望遠鏡の指向変動を算出して指向軸変動推定器２１へ入力する。
第９処理にて、指向軸変動推定器２１において、式（９−１）の関係式を用いて、指向軸算出器２０で算出された指向軸変動から、レーザ光源部姿勢検出器１８で算出されたレーザ光源部の指向変動、光軸検出部姿勢検出器１９で算出された光軸検出部の指向変動、およびレーザ基準光指向方向算出器３５で算出されたレーザ基準光軸指向変動を除去して、望遠鏡の真の指向軸変動を推定する。
なお、第１〜２処理、第３〜４処理、第５〜６処理および第７〜８処理は、同時並行で行ってもよい。
【００９０】
以上より、実施の形態９に係る指向軸推定装置によれば、レーザ光源内部に起因する光軸変動を算出でき、望遠鏡の真の指向軸変動を高精度で推定できる。
【００９１】
実施の形態１０．
実施の形態１〜９における指向軸変動推定器２１は、オフラインにより処理する構成としてもよい。
【００９２】
このような構成によれば、指向軸変動推定器は別途計算機により実現でき、指向軸推定装置の計算機演算処理の負荷を小さくでき，指向軸推定装置の低消費電力化ができる．
【符号の説明】
【００９３】
１  レーザ光源、２  第１の慣性センサ、３  レーザ光源設置部、４  レーザ光源部、５  光軸変動検出器、６  第２の慣性センサ、７  ビームスプリッタ、８  反射鏡、９  観測センサ、９’  広帯域観測センサ、１０  光軸検出系設置部、１１  光軸検出部、１２  鏡筒、１３  主鏡、１４  副鏡、１５  望遠鏡設置部、１６  望遠鏡部、１７  望遠鏡搭載構造物、１８  レーザ光源部姿勢検出器、１９  光軸検出部姿勢検出器、２０  指向軸算出器、２１  指向軸変動推定器、２２  第３の慣性センサ、２３  観測センサ設置部、２４  観測センサ設置部姿勢検出器、２５  第４の慣性センサ、２６  望遠鏡設置部姿勢検出器、２７  第５の慣性センサ、２８  望遠鏡部主鏡姿勢検出器、２９  第６の慣性センサ、３０  望遠鏡部副鏡姿勢検出器、３１  コリメートレンズ、３２  第７の慣性センサ、３３  望遠鏡搭載構造物姿勢検出器、３４  レーザ基準光軸変動検出器、３５  レーザ基準光指向方向算出器、３６  レーザ基準光、３７  観測光。
【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】
0005872062.tif 000033
【図６】
0005872062.tif 000034
【図７】
0005872062.tif 000035
【図８】
0005872062.tif 000036
【図９】
0005872062.tif 000037
【図１０】
0005872062.tif 000038
【図１１】
0005872062.tif 000039
【図１２】
0005872062.tif 000040
【図１３】
0005872062.tif 000041
【図１４】
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【図１５】
0005872062.tif 000043
【図１６】
0005872062.tif 000044
【図１７】
0005872062.tif 000045
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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