(57)【要約】【課題】光学素子の変形を抑止できる、光学素子支持装置を提供する。【解決手段】反射鏡支持装置は、複数の支持機構ユニット２００の組み合わせで光学素子を支持する。支持機構ユニット２００は、光学素子又は支持台に取り付けられる取付部である端末パッド３３と、支持脚部材１０と、支持脚部材１０と端末パッド３３との間に配置された弾性変形可能な弾性ヒンジ２０とを有する。支持脚部材１０と端末パッド３３との間に配置された球面座金３４、３５は、端末パッド３３の支持脚部１０に対する相対的な傾動を可能とし、支持脚部材１０と端末パッド３３との間に配置されたウェッジ型座金３６ａ、３６ｂは、傾動量を調整し、ナット３７は、傾動を固定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の支持機構ユニットを含み、前記支持機構ユニットの一方の端部と光学素子とが固定され、他方の端部と支持台とが固定され、前記複数の支持機構ユニットの組み合わせで前記光学素子を支持する光学素子支持装置であって、
前記支持機構ユニットは、
前記光学素子又は前記支持台に取り付けられる取付部と、
支持脚部材と、
前記支持脚部材と前記取付部との間に配置され、弾性変形可能な弾性ヒンジと、
前記弾性ヒンジと共に前記支持脚部材と前記取付部との間に配置され、前記取付部の前記支持脚部材に対する相対的な傾動を可能とする傾動部と、
前記取付部の前記支持脚部材に対する傾動量を調整する傾動調整部と、
前記支持脚部材と前記取付部との相対的な傾動を固定する傾動固定部と、
を有する光学素子支持装置。
【請求項２】
前記弾性ヒンジは、前記支持脚部材の軸方向に配列され、弾性曲げが可能な向きが互いに異なる複数の板ばねを含む請求項１に記載の光学素子支持装置。
【請求項３】
前記傾動部は、
前記支持脚部材又は前記弾性ヒンジに結合され、球面状摺動面を有する第１の摺動部材と、
前記取付部に結合され、前記第１の摺動部材の球面状摺動面に当接する球面状摺動面を有する第２の摺動部材と、
を備える請求項１又は２に記載の光学素子支持装置。
【請求項４】
前記傾動調整部は、
前記傾動部に対して、前記球面状摺動面の球面中心のまわりに傾動モーメントを作用させる請求項３に記載の光学素子支持装置。
【請求項５】
前記傾動調整部は、
前記支持脚部材の軸方向に積み重ねられた２以上のウェッジ形座金から構成されるウェッジ形座金ユニット、
を備え、
前記ウェッジ形座金ユニットの一面に対する他面の傾きに従って、前記取付部の前記支持脚部材に対する相対的な傾動を可能とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子支持装置。
【請求項６】
前記ウェッジ形座金は、回転を容易にするための回転操作部を備える請求項５に記載の光学素子支持装置。
【請求項７】
前記ウェッジ形座金は、相対な回転量を示す目盛りを備える請求項５又は６に記載の光学素子支持装置。
【請求項８】
前記傾動固定部は、
前記第１の摺動部材と前記第２の摺動部材との間の圧力を増大させることにより、摺動面間の摩擦力を大きくして、前記第１の摺動部材と第２の摺動部材との間の摺動を停止する請求項３又は４に記載の光学素子支持装置。
【請求項９】
光学素子又は支持台に取り付けられる取付部と、支持脚部材と、前記支持脚部材と前記取付部との間に配置され、弾性変形可能な弾性ヒンジと、前記弾性ヒンジと共に前記支持脚部材と前記取付部との間に配置され、前記取付部の前記支持脚部材に対する相対的な傾動を可能とする傾動部と、前記取付部の前記支持脚部材に対する傾動量を調整する傾動調整部と、前記支持脚部材と前記取付部との相対的な傾動を固定する傾動固定部と、を有する支持機構ユニットを複数含み、前記複数の支持機構ユニットの組み合わせで前記光学素子を支持する光学素子支持装置により、前記光学素子を支持台に支持した後、各前記支持機構ユニットを調整する光学素子支持装置の調整方法であって、
前記傾動部により前記取付部の前記支持脚部材に対する相対的な傾動を可能とし、
前記取付部の前記支持脚部材に対する相対的な傾動量を、傾動可能な状態で、前記傾動調整部により調整し、
前記弾性ヒンジの曲げ歪み量を検出し、
検出した曲げ歪み量に基づいて、調整終了条件が満たされたときに、前記傾動固定部により、前記支持脚部材と前記取付部との相対的な傾動を固定する光学素子支持装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、とりわけ、人工衛星等に搭載されて打ち上げられる光学素子を支持する光学素子支持装置及び光学素子支持装置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学素子支持装置として、特許文献１に開示された光学素子保持装置がある。この光学素子保持装置は、６個の弾性部材それぞれの一端を光学素子に、他端を球面座金を介して光学素子保持地板に結合する構成を有する。これら６個の弾性部材のうち３個の弾性部材は光学素子の光軸方向の位置を規定し、その他の３個の弾性部材は光軸方向と垂直な方向の位置を規定するよう配置される。
【０００３】
また、特許文献２に開示されている反射鏡支持装置は、６本の棒状部材を含み、各棒状部材の両端に設けられた球面ジョイントにより、固定台と反射鏡とを結合する。各球面ジョイントは、ボール、ボールソケット、空気加圧手段、接着剤注入箇所を備える。この球面ジョイントにより固定台と反射鏡を固定する場合、空気加圧手段によってボールをボールソケットの摺動面からわずかに浮上させて、摩擦力を低減させて、摺動部に残存するストレスを軽減させたうえで、接着剤を球面ジョイント内に注入してボールとボールソケットとを固着させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７-３０６３４７号公報
【特許文献２】米国特許第５，９４９，５９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている構成では、組立ての際に、各部品の寸法が厳密には設計値どおりにできていないなどの原因により、球面座金部において接続される部材どうしの角度が設計値からズレて傾き、さらに球面座金の摩擦力によってズレが保持されたままで球面座金部が締結固定されてしまい、弾性部材が光学素子接地板に固定されてしまうことがある。この場合、弾性部材を介して反射鏡に曲げモーメントが加わり、反射鏡等の光学素子が変形してしまう。弾性部材が極めて柔軟であれば、光学素子に加わる曲げモーメントはさほど大きくならない。しかし、人工衛星等に搭載される光学素子支持装置は、打ち上げ時の強大な荷重や振動に耐える必要があり、強度や剛性を保つため、弾性部材として十分に柔軟な部材を使用することができない。よって、弾性部材を介して光学素子に大きな曲げモーメントが加わり、光学素子が変形してしまう。
【０００６】
特許文献２に開示の構成でも、組立ての際に部品の位置ズレ等が発生すると、反射鏡（光学素子）に曲げモーメントが加わり、反射鏡が変形してしまう。また、ボールとボールソケットを接着剤で固着するため、固着した後の再調整は困難である。さらに、接着剤が硬化するときに生じる収縮によってボールとボールソケットの位置が変化し、球面ジョイントの角度が変化してしまい、反射鏡を固定台に適切に固定することができないことがある。
【０００７】
また、光学素子の支持装置の調整が終了した後に、光学素子、支持台を含む本装置周辺の温度が変化した場合には、支持台と光学素子の熱膨張・熱収縮の差から、光学素子に曲げモーメントが加わり、光学素子が変形してしまう。
【０００８】
他の光学装置についても、程度の差はあれ、同様の問題が存在する。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光学素子の変形を抑止できる光学素子支持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光学素子支持装置は、複数の支持機構ユニットを含み、支持機構ユニットの一方の端部と光学素子とが固定され、他方の端部と支持台とが固定され、複数の支持機構ユニットの組み合わせで光学素子を支持する光学素子支持装置である。支持機構ユニットは、光学素子又は支持台に取り付けられる取付部と、支持脚部材と、支持脚部材と取付部との間に配置され、弾性変形可能な弾性ヒンジと、弾性ヒンジと共に支持脚部材と取付部との間に配置され、取付部の支持脚部材に対する相対的な傾動を可能とする傾動部と、取付部の支持脚部材に対する傾動量を調整する傾動調整部と、支持脚部材と取付部との相対的な傾動を固定する傾動固定部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、組立ての際の部品のアライメントずれ、アライメントの調整後に残留する摩擦反力、組立て後に発生する支持台と反射鏡との熱膨張差等、によって発生する曲げモーメントによる光学素子の変形を抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る反射鏡支持装置の外観を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る支持機構ユニットの構成を示す部分断面図である。
【図３】弾性ヒンジ部の構造を示す斜視図である。
【図４】支持機構ユニットの端部近傍を示す部分断面図である。
【図５】ウェッジ座金の構成を示す斜視図である。
【図６】ウェッジ座金の機能を説明するための図であり、（ａ）ウェッジ座金が反対方向を向いているときのウェッジ座金の配置を示す図、（ｂ）ウェッジ座金が反対方向を向いていることを示す図である。
【図７（ａ）】ウェッジ座金の機能を説明するための図であり、ウェッジ座金が同一方向を向いているときの、ウェッジ座金の配置を示す図である。
【図７（ｂ）】ウェッジ座金の機能を説明するための図であり、ウェッジ座金が同一方向を向いていることを示す図である。
【図７（ｃ）】ウェッジ座金の機能を説明するための図であり、ウェッジ座金が同一方向を向いているときの端末カップ及び端末パッドの傾斜を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る支持機構ユニットの構成を示す部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る支持機構ユニットの構成を示す部分断面図である。
【図１０】変形例に係る支持機構ユニットの構成を示す部分断面図である。
【図１１】変形例に係る反射鏡支持装置の外観を示す斜視図である。
【図１２】弾性ヒンジの変形例を示す図である。
【図１３】反射鏡を側面上方向から見た場合の、本発明の実施の形態１に係る反射鏡支持装置の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る反射鏡支持装置（光学素子支持装置）の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示す。
【００１４】
（実施の形態１）
図１、および図１３に示すように、実施の形態１に係る反射鏡支持装置１０００は、６つの支持機構ユニット２００から構成され、望遠鏡の反射鏡１００を支持台３００上に支持する。なお、図１は、反射鏡１００を斜め裏側方向から見た斜視図であるが、支持台３００は図示省略している。図１３は、反射鏡を側面上方向から見た斜視図であり、支持台３００も図示している。
【００１５】
反射鏡１００は、人工衛星に搭載用され、宇宙空間で使用される反射鏡であり、凹面加工されたガラス基板と反射層から形成される。支持台３００は、例えば、炭素繊維複合材料を用いたサンドイッチ板などから構成される。反射鏡１００と、支持台３００は、それぞれの用途のため、異なる材質の部材から構成され、それぞれの熱膨張率（線膨張係数）は一致しないことが多い。
【００１６】
反射鏡支持装置１０００を構成する６つの支持機構ユニット２００はそれぞれ、その一端部が反射鏡１００に固定され、他端部が支持台３００に固定される。
【００１７】
支持機構ユニット２００は、構造力学における静定支持の方法で、反射鏡１００を支持する。すなわち、反射鏡１００の空間的な運動の６自由度（並進３方向、回転３方向）を過不足なく拘束する方法で支持する。
【００１８】
図２に部分断面図で示すように、支持機構ユニット２００は、支持脚部材１０と、支持脚部材１０の両端部にそれぞれ設けられた弾性ヒンジ２０と、断面で示されている２つのジョイント部材３０と、を有する。
【００１９】
支持脚部材１０は、略棒状の部材であり、その両端部にはそれぞれ弾性ヒンジ２０が設けられている。ジョイント部材３０は、それぞれ支持機構ユニット２００の両端に配置され、弾性ヒンジ２０に結合されている。ジョイント部材３０は、反射鏡１００または支持台３００に結合される。
ここで、理解を容易にするため、支持脚部材１０の中心軸をＺａ軸、それに直交する２軸を、Ｘａ軸、Ｙａ軸とし、以下の説明ではこれを参照する。
【００２０】
図３に示すように、弾性ヒンジ２０は、板ばね部２０ａと板ばね部２０ｂと両者を繋ぐ中間部２０ｃとを有する。板ばね部２０ａはＸａ軸回りに、板ばね部２０ｂはＹａ軸まわりに、それぞれ曲げ弾性変形を生じやすい板ばね形状に加工されたものである。板ばね部２０ａと２０ｂは、共に、中心軸Ｚａを通る位置に配置されている。
板ばね部２０ａは、例えば、略円筒形状の金属等の弾性体の側面の対向する２カ所に、Ｘａ−Ｚａ平面に関して対称に、且つＸａ軸に平行に切り欠きを形成することにより形成される。一方、板ばね部２０ｂは、中間部２０ｃを置いて、Ｙａ−Ｚａ平面に関して対称に、且つＹａ軸に平行に切り欠きを形成することにより形成される。
板ばね部２０ａと２０ｂの協働により、弾性ヒンジ２０は、Ｘａ軸まわりとＹａ軸まわりに自在に傾動可能である。
【００２１】
板ばね部２０ａと２０ｂには、それぞれ、歪みゲージ２１が配置されている。歪みゲージ２１は、板ばね部２０ａ、２０ｂのそれぞれの開口部（切り欠き）の内部の板厚が薄い部分に、個々にはＺａ方向の伸縮歪みを検知する方向に、かつ、２個の歪みゲージ２１がＺａ軸に対して対称な配置になるように貼り付けられている。
【００２２】
歪みゲージ２１によって測定された各部位の歪み値を参照し、板ばね部２０ａ、２０ｂの表裏の歪み量の差より、板ばね部２０ａと２０ｂの曲げ歪みを検出することが可能である。また、それぞれの開口部の内部には２個の歪みゲージ２１が貼り付けられており、これら２個の歪みゲージ２１によって測定された歪み値の差により、ねじれ量を検出することも可能である。歪みゲージ２１を用いて歪み量の検出を行う際には、歪みアンプ等の付帯的な計測器を電気的に接続して用いるが、これらは周知の態様でよい。
【００２３】
図４には、支持機構ユニット２００の一方の端部近傍（反射鏡１００に取り付ける側）を示す。以下、反射鏡１００側の端部近傍について主に説明するが、支持台３００に取り付ける側の端部近傍も同様の構成を備える。なお、図４においても、ジョイント部材３０については、その断面を図示している。
【００２４】
支持脚部材１０の各端部には、弾性ヒンジ２０を介してジョイント部材３０が結合されている。ジョイント部材３０は端末シャフト３１を有する。端末シャフト３１は、その中心軸が、支持脚部材１０の中心軸Ｚａと一致するように、弾性ヒンジ２０に固着または一体加工されている。端末シャフト３１は、中空部３２ａとフランジ３２ｂを有する端末カップ３２の底部中央に開けられた穴３２ｃを貫通し、その軸がＺａ軸上に位置するように配置されている。
端末カップ３２の穴３２ｃは、端末シャフト３１の外径よりもやや大きな単純穴であり、穴３２ｃの中心は、端末シャフト３１の中心軸上に位置する。
【００２５】
端末カップ３２は、フランジ３２ｂにあけられた穴３２ｄを貫通するネジ３８によって、端末パッド３３に締結されている。端末カップ３２の底面と端末パッド３３の端面は、設計上の所望の角度となるように配置されている。
端末カップ３２と端末パッド３３は、支持機構ユニット２００を反射鏡１００もしくは支持台３００に取り付けるための取付部としての役割を果たす。反射鏡１００側の端末パッド３３は、接着等によって反射鏡１００に固定される。一方、支持台３００側の端末パッド３３は、たとえばねじ締結等（ねじは図示省略）によって支持台３００に固定される。
【００２６】
さらに、端末シャフト３１の先端側には球面座金３４、３５が取り付けられている。
【００２７】
球面座金３４は、平面側端面部を端末カップ３２の内底部に形成された凹部に嵌め込まれ、端末カップ３２に対して、Ｘａ、Ｙａ方向に位置ずれしないように固定される。嵌め込みのかわりに接着等を用いて球面座金３４を端末カップ３２に固定してもよい。
【００２８】
球面座金３４の片面は凹球面として、球面座金３５の片面は凸球面として、構成される。球面座金３４の凹球面と球面座金３５の凸球面とは、相互に接触する球面に沿って摺動可能となるように、球面同士をすりあわせ加工されたものであり、球面は、端末シャフト３１の中心軸（Ｚａ軸上）の延長線上に位置する球面中心点５０を中心とする。
【００２９】
また、端末シャフト３１にはおねじ３１ａが加工されており、球面座金３５には端末シャフト３１のおねじ３１ａと螺合するめねじ３５ａが加工されている。おねじ３１ａとめねじ３５ａを螺合することにより、球面座金３５は端末シャフト３１の先端部に固定される。
【００３０】
端末カップ３２の底側（凸部の外表面側）において、端末シャフト３１の基端部（根元側）にはナット３７、ウェッジ形座金３６ｂ、３６ａが、根元から先端に向けてこの順番に並ぶように装着されている。
【００３１】
ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂは、端末シャフト３１（それに固定されている球面座金３５等を含む）と、端末カップ３２（それに固定されている端末パッド３３、球面座金３４等を含む）とを相対的に傾動する傾動調整部としての役割と、ナット３７の端面と端末カップ３２の底面との相対的な傾きを吸収する役割とを兼ね備える。なお、ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂを重ねたものを、ウェッジユニット３６とする。
【００３２】
図５に示すように、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂは、部分的に厚さの異なる金属座金（ワッシャ）であり、それぞれ、一端面は中心軸に対して直交する平面に形成され、他端面は、中心軸に対して傾斜した平面形状を有し、中央に端末シャフト３１の径より大きい穴が形成されている。両ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの外周面には、回転調整操作を容易にするためのスパナ溝３６ｄが形成されている。またウェッジ形座金３６ａと３６ｂの外周面の相接する部分には、両者の相対的な回転量を識別する目盛り３６ｃが刻まれている。
【００３３】
ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂは、中心軸に対して傾斜している面どうしを接触させるように重ねられ、端末シャフト３１が中央の穴を貫通している。
【００３４】
図４に示すナット３７は、端末シャフト３１に形成されたおねじ３１ａと螺合し、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂとを、端末カップ３２の底面との間にはさみこんで固定する。
【００３５】
ナット３７を、端末カップ３２に向かって締めつけると、球面座金３４の凹球面と球面座金３５の凸球面との間の摩擦力が大きくなり、端末シャフト３１が端末カップ３２に対して傾き変動しないように固定される。
【００３６】
一方、ナット３７を緩めると、球面座金３４の凹球面と球面座金３５の凸球面との間の摩擦力が小さくなり、球面座金３４は、Ｚａ軸上に位置する球面中心点５０を中心として球面座金３５の凸球面上を摺動可能となる。球面座金３４の摺動に伴って、球面座金３４に固定されている端末カップ３２，端末パッド３３等も、球面中心点５０を中心として、傾動する。これにより、端末シャフト３１等と端末カップ３２等との相対的な傾動が可能となる。
【００３７】
端末シャフト３１等と端末カップ３２等との相対的な傾斜角度と傾斜方向は、傾動調整部として機能するウェッジ形座金３６ａ、３６ｂの回転角を調整することにより設定される。以下、傾斜角度と傾斜方向を調整する手順について説明する。
【００３８】
図６（ａ）にウェッジユニット３６の基本配置を示す。この図は、図２に示すＹａ軸方向（紙面手前から紙面奥に向かって）に見た場合の側面の外観図を示す。
【００３９】
ここでは、ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂはいずれも、端面どうしの相対傾斜角がαであるとする。また、ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂそれぞれの、ある時点での組立て状態におけるＸａ−Ｙａ面上での向きを特定するため、ウェッジ形座金３６ａの最も薄部分から最も厚い部分に向く方向を＋Ｘｗ軸とし、ウェッジ形座金３６ｂの最も薄い部分から最も厚い部分に向く方向を＋Ｘｗ’軸とする。
【００４０】
図６（ｂ）に示すように、＋Ｘｗ軸と＋Ｘｗ’軸を、組立て状態においてＸａ-Ｙａ面に投影した軸の相対角βが１８０度をなす（それぞれの最も薄い部分が互いに逆方向を向く）場合には、図６（ａ）に示すように、ウェッジユニット３６の上端面と下端面の相対的な傾きは０となる。従って、この状態でナット３７を締め付けると、図４に示すように、端末カップ３２の底面は、端末シャフト３１の軸に対して垂直な状態に固定される。このとき、端末カップ３２に固定されている端末パッド３３の端面（設置面）も、端末シャフト３１の軸に対して設計値どおりの所定の角度に固定される。
【００４１】
一方、図７（ｂ）に示すように、相対角βが０度をなす場合には、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂは、同一方向を向いて、図７（ａ）に示すように最も薄い部分同士、最も厚い部分同士が重なり、ウェッジユニット３６の下面に対する上面の傾きは２αとなる。ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの相対角βを０度と１８０度との間で任意に調整することにより、ウェッジユニット３６の下面と上面の相対傾きを０から２αの間で調整できる（説明のため、この２面の相対角をγとする）。従って、この状態でナット３７を締め付けると、図７（ｃ）に示すように、端末カップ３２の底面は、端末シャフト３１の軸Ｚａに垂直な面（Ｘａ−Ｙａ面）に対して角度γ（０≦γ≦２α）だけ傾いた状態で固定される。このため、端末カップ３２に固定されている端末パッド３３の端面（設置面）も、設計上の所望の角度に対して角度γ（０≦γ≦２α）だけ傾いた状態で固定される。
【００４２】
このように、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの相対角βを０度と１８０度との間で任意に調整することにより、ウェッジユニット３６の下面と上面の相対傾きγを０から２αの間で調整できる。さらに、この状態で、ナット３７を締め付けることにより、反射鏡１００又は支持台３００に固定される端末パッド３３の設置面を相対的に０から２αの間で任意の角度γだけ傾き調整することができる。
【００４３】
さらに、相対角βを保ったままで、ウェッジユニット３６全体をＺａ軸まわりに回転させれば、端末パッド３３の傾斜方向を任意の方向に変更することができる。
【００４４】
ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂの傾き角αを微小にしておけば、微小な傾動角度調整も容易に実現できる。なお、図６、図７等において、ウェッジ角αがわかりやすいように、角度を大きく誇張して図示したが、実際の光学系支持装置においては、反射光の波長と同程度あるいはそれ以下のオーダの鏡面変形を調整することが求められるので、微小角度の調整をすることが必要であり、従って、角度αは極めて微小とすべきである。
また、図５に示すように、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの外周上に目盛３６ｃが刻んであるので、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの相対角度をどれだけ変更したか容易に判別できる。また、スパナ溝３６ｄが形成されているため、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの回転操作が容易である。なお、スパナ溝２６ｄに限らず、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂの回転操作を行うため、例えば、ウェッジ形座金３６ａと３６ｂにつまみ等を設けてもよい。
【００４５】
本実施例においては、上記のような構成を有する支持機構ユニット２００を用いて、反射鏡１００に加わっている、曲げモーメント（応力）を低減するために、各支持機構ユニット２００の両端の端末パッド３３の傾斜角度と傾斜方向を、以下の手順により調整する。
【００４６】
まず、１つの支持機構ユニット２００を特定し、片端または両端のジョイント部材３０のナット３７をわずかに緩める。
続いて、各ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂのウェッジの向き、ウェッジユニット３６のＺａ軸回りの回転を調整することによって、端末パッド３３の傾斜角度、傾斜方向を調整しつつ、各歪みゲージ２１に計測器を接続して、曲げ歪み量を測定する。計測器の各測定値が許容値以下になった状態でナット３７を締め付ける。締め付け後の歪みゲージ２１の測定値を読み取り、必要があれば、再調整を行う。
【００４７】
ジョイント部材の角度調整は、両端を同時に少しずつ緩めて調整してもよいし、片側づつ緩めて調整してもよい。
【００４８】
このような手順を、歪みゲージ２１により測定された曲げ歪み量が調整終了条件を満たすまで、繰り返す。調整終了条件は、例えば、全て（又は所定数）の歪みゲージ２１の測定値が、基準値以下になることである。調整終了条件を充足することで、反射鏡１００への曲げモーメント（応力）は十分小さくなり、反射鏡面の変形・歪みが小さくなり、優れた光学性能が確保される。
以上で調整が完了する。
【００４９】
なお、支持機構ユニット２００の調整後、本装置周辺の温度が変化した場合、互いに素材の異なる反射鏡１００と支持台３００が互いの熱膨張率の差により、反射鏡１００と支持台３００の伸縮量に差が生じ、支持機構ユニット２００から反射鏡１００に曲げモーメントがある程度作用する。ただし、支持機構ユニット２００の両端部に弾性ヒンジ２０が配置されており、Ｘａ軸方向及びＹａ軸方向に柔軟にたわむ自由度を有している。このため、反射鏡１００に加わる曲げモーメントは、弾性ヒンジ２０の弾性変形により緩和される。このため、本装置周辺の温度が変化した場合でも、反射鏡１００の歪みは抑えられ、優れた光学性能が維持される。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、板ばね部２０ａ、２０ｂに設けた歪みゲージ２１を用いて歪み量を検出しながら、ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂの回転角を制御することにより、反射鏡１００に加わる曲げモーメントを許容値以下に抑制することが容易となり、組立て時の反射鏡１００の歪みを抑制することが可能となる。
【００５１】
特に、大型の反射鏡の場合、従来であれば、反射鏡１００の歪みを光学的に測定しながら上述のような調整を行うには、大規模で精緻な光学測定設備を必要とする。本実施の形態によれば、板ばね部２０ａ、２０ｂの歪みを計測するだけでよく、特殊な測定設備は不要であり、簡便な設備で容易に実現できる。さらに、板ばね部２０ａ、２０ｂに歪みゲージ２１を貼り付けるだけであり、組立ても容易である。
【００５２】
また、弾性ヒンジ２０は、板ばね形状に加工されており、柔軟にたわむ自由度を有するため、組立てが完了して傾斜角度を固定した後においても、支持台３００と反射鏡１００との熱膨張差等により発生する反射鏡１００への曲げモーメントの作用を抑止することができる。
【００５３】
さらに、反射鏡１００、支持機構ユニット２００、支持台３００のいずれかの取り付け面に製造誤差による角度誤差、位置誤差等があった場合でも、球面座金３４、３５の摺動とウェッジ形座金３６ａ、３６ｂの調整機能を利用して傾斜角度を任意に調整することができるため、取り付け面の製造誤差による角度誤差、位置誤差を吸収して組立てることができる。
【００５４】
仮に、支持機構ユニット２００が、球面座金３４、３５（傾動部）と、ウェッジ形座金３６ａ、３６ｂ（傾動調整部）と、弾性ヒンジ２０が備える歪みゲージ２１（歪み検出部）とを備えていない場合、組立て調整（アライメント調整）終了時点での弾性ヒンジの曲げ歪み量を十分に小さくできるような傾動調整が行えない。従って、部品の製造誤差等による角度誤差、位置誤差等を吸収するためには、弾性ヒンジ２０を余分にたわませる必要がある。そこへ、組み立て後の固定台と鏡との熱膨張差等による相対変位の吸収に必要な撓み量を加えると、弾性ヒンジ２０に生じる撓み量が大きくなり、反力モーメントが増大する。よって、反射鏡１００の変形量が大きくなって光学性能上の許容限界を超えてしまうという問題が生ずる。
【００５５】
これに対し、実施の形態１では、弾性ヒンジ２０が、組立て調整（アライメント調整）時の歪み検出機能と、組立て完了後の熱膨張差等による反射鏡１００への外乱モーメント入力の抑止機能との両方を兼ね備えるため、組立て調整時の傾動調整が容易である。さらに、組立て完了時点での弾性ヒンジ２０の残留ひずみをほとんどなくすことができ、組立て完了後にさらに熱膨張差等による相対変位があったとしても、弾性ヒンジ２０の累積撓み量が過度に大きくなることを防止できる。従って、反射鏡１００の鏡面精度を良好に保つことができる。
【００５６】
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記の実施の形態１では、傾動調整部として、２個のウェッジ形座金３６ａ、３６ｂを使用したが、ウェッジ形座金の個数は３個以上であってもよい。ウェッジ形座金の形状、サイズ、材質などは、互いに異なってもよい。
【００５７】
（実施の形態２）
実施の形態１においては、傾動調整部として、２個のウェッジ形座金を使用したが、端末パッドを安定して任意の方向に任意の角度傾斜させることができるならば、その構成は任意である。以下、傾動調整部の他の構成を備える実施の形態２に係る支持機構ユニット２００を図８を参照しつつ説明する。
なお、以下、支持機構ユニット２００の反射鏡１００側の端部近傍について主に説明するが、支持台３００に取り付ける側の端部近傍も同様の構成を備える。
【００５８】
実施の形態１と同様に、支持脚部材１０の端部近傍にジョイント部材３０が結合され、ジョイント部材３０は端末シャフト３１を有する。端末シャフト３１は端末カップ３２の底部中央に開けられた穴３２ｃを貫通し、その軸がＺａ軸上に位置するように配置されている。また、球面座金３４は端末カップ３２の内底部に形成された凹部に嵌め込まれ、球面座金３４は、ねじ嵌合により端末シャフト３１に締結固定されている。
【００５９】
実施の形態１では、支持機構ユニット２００は、端末シャフト３１の根元にウェッジ形座金３６ａ、３６ｂを備えていたが、図８に示すように、本実施形態ではウェッジ形座金３６ａ、３６ｂの代わりに球面座金４０ａ、４０ｂを備える。
【００６０】
球面座金４０ａ、４０ｂは、球面座金３４、３５と同様に、片面を凹球面または凸球面とし構成され、球面同士を隙間なく滑らかに嵌合するようにすりあわせ加工されたものであり、球面座金４０ａ、４０ｂは、球面を組み合わせた状態において、相互に接触する球面に沿って摺動可能である。ただし、球面座金４０ａ、４０ｂの中心穴は端末シャフト３１の外径よりもやや大きな単純穴である。
【００６１】
球面座金３４と端末カップ３２を嵌合させ、球面座金３５を端末シャフト３１にねじ嵌合させ、端末シャフト３１の根元側に球面座金４０ａ、４０ｂ、ナット３７を嵌め込み、ナット３７を締めつけると、球面座金４０ａ、４０ｂは、端末カップ３２側へ押し付けられる。従って、球面座金３４と球面座金３５の間、および球面座金４０ａと球面座金４０ｂの間、球面座金４０ａと端末カップ３２の間の摩擦力が大きくなり、端末シャフト３１が端末カップ３２に固定される。
【００６２】
すなわち、ナット３７を締め付けると、端末シャフト３１に対する端末パッド３３の傾斜が固定される。一方、ナット３７を緩めると、球面座金３４と球面座金３５、球面座金４０ａと４０ｂは、それぞれ相互に接触する球面に沿って摺動可能となり、端末パッド３３が傾動可能となる。
【００６３】
球面座金３４、３５、端末カップ３２、端末シャフト３１の相互の取り付け方法は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
さらに、本実施形態では、略円筒形状の押しネジ支え４２が、端末カップ３２底部近傍の側面の一部と、球面座金４０ａ、４０ｂを覆うようにして、ネジ４３によって取り付けられている。
押しネジ４１は、押しネジ支え４２の側面において、Ｚａ軸に９０度対称な４カ所にネジ嵌合により取り付けられる。押しネジ４１は、押しネジ支え４２を貫通し、その先端は、弾性ヒンジ２０の端部側面に接する。
【００６５】
押しネジ４１は、ネジの送りを利用して押す量を調整できる。押しネジ支え４２に取り付けられたいずれかを引き込み、別のいずれかを押し出すことで、弾性ヒンジ２０の端部側面に対する押し込み量を調整できる。このようにして、端末シャフト３１の傾動の量を調整する。
【００６６】
ここでは、押しネジ４１が弾性ヒンジ２０の上部側面を押す方向が、球面中心点５０と押しネジ４１の先端と弾性ヒンジ２０との接触点を結ぶ直線に対して垂直となるように構成されている。
【００６７】
この実施例においては、支持機構ユニット２００の端末パッド３３の傾斜を、以下のようにして、調整する。
まず、押しネジ支え４２をネジ４３で、端末カップ３２に固定する。そして、４本の押しネジ４１をネジ嵌合させ、押しネジ４１の先端が弾性ヒンジ２０の端部側面に接するようにそれぞれの押しネジ４１を送る。この状態で、ナット３７をわずかに緩め、押しネジ４１によって傾動量の調整を行い、歪みゲージ２１を用いて検出した曲げ歪み量があらかじめ定められた許容値以下になっていることを確認しながらナット３７を締め付ける。ナット３７を締め付けた後、曲げ歪み量が許容値を超えている場合、再度、ナット３７をすこし緩めて、押しネジ４１によって傾動量を調整する。このような手順を繰り返すことによって、曲げ歪み量が許容値以下になる状態で、所望の傾動角度で各部品を固定する。
【００６８】
このとき、押しネジ４１が支持脚部材１０の端末部を押す方向が、球面中心点５０と押しネジ４１先端の作用点を結ぶ直線４４に対して垂直になるように押しネジ４１の位置及び向きが設定されているので、押しネジ４１により球面中心点５０のまわりに無理なくモーメントを発生させることができ、球面座金４０ａ、４０ｂの摺動面である球面に沿って滑らかな動きを得ることができる。
【００６９】
なお、端末シャフト３１の端末カップ３２に対する傾動を固定した後は、押しネジ４１と押しネジ支え４２、ネジ４３は不要となるため、端末カップ３２から取り外してもよい。これらを取り外すことで、人工衛星の打ち上げに際し、反射鏡支持装置１０００の部品重量を減らすことができる。
【００７０】
上述した構成により、実施の形態１と同様に、端末シャフト３１の傾動調整が容易となる。
【００７１】
（実施の形態３）
図９に、実施の形態３に係る支持機構ユニット２００の支持脚部材１０の一方の端部近傍（反射鏡１００に取り付ける側）を示す。以下、反射鏡１００側の端部近傍について主に説明するが、支持台３００に取り付ける側の端部近傍も同様の構成を備える。
【００７２】
実施の形態１、２と同様に、支持脚部材１０の端部近傍にジョイント部材３０が結合される。
ジョイント部材３０は、球体４５、端末シャフト３１を有する。球体４５には、自身を貫通するめねじ４５ａが設けられており、端末シャフトの外周面にはおねじ３１ａが形成されている。端末シャフト３１の外周面に形成されたおねじ３１ａと球体４５の内部に形成されためねじ４５ａとがネジ嵌合する。端末シャフト３１は、その中心軸がＺａ軸上に位置するように配置される。
【００７３】
さらに、端末カップ３２の内部に、端末カップ３２と球体４５との隙間を埋めるべく、凹型の半球面の一部をなす球面座金４６ａ、４６ｂが配置される。球面座金４６ａ、４６ｂは、それぞれ球体４５を+Ｚａ軸方向、-Ｚａ軸方向から包み込む。
【００７４】
球体４５の表面、球面座金４６ａ、４６ｂの凹球面は、互いに球面どうしを隙間なく滑らかに嵌合するようにすりあわせ加工されたものである。従って、球面座金４６ａ、４６ｂは、それぞれ球体４５を包み込んだ状態において、球体４５に接触する球面に沿って摺動可能である。
【００７５】
端末カップ３２には、フランジ３２ｂのほか、その円筒の内周に沿って設けられた内周フランジ３２ｅ（以下、内周フランジとする）が形成されている。内周フランジ３２ｅは、球面座金４６ａがシャフトの末端方向へはみ出ることを防止するストッパの役割をする。
【００７６】
端末カップ３２の内部には、押さえリング４９が取り付けられており、球面座金４６ａを球体へ押し付ける。押さえリング４９は端末カップ３２とねじ嵌合する構成である。
従って、球体４５を包み込むように配置された球面座金４６ａ、４６ｂは、端末カップ３２から脱落しないように、内周フランジ３２ｅと押さえリング４９とにはさみ込まれることになる。
【００７７】
押さえリング４９を締め付けると、内周フランジ３２ｅと、押さえリング４９に挟み込まれた球面座金４６ａ、４６ｂが球体４５に押し付けられる。従って、摩擦力が増大し、球体４５は回転不能となり、固定される。一方、押えリング４９を緩めると、球体４５は回転可能となる。
【００７８】
実施の形態２と同様に、端末カップ３２に押しネジ支え４２が取り付けられ、押しネジ４１は、押しネジ支え４２の側面のＺａ軸に９０度対称な４カ所にネジ嵌合により取り付けられる。押しネジ支え４２に取り付けられた４つの押しネジのうちのいずれかを引き込み、別のいずれかを押し出すことで、端末カップ３２と端末シャフト３１との相対角度を変化させることができる。従って、端末シャフト３１の傾動の量を調整できる。
【００７９】
この実施例においては、支持機構ユニット２００の傾動角度を、以下の手順で調整する。
【００８０】
まず、押しネジ支え４２をネジ４３で、端末カップ３２に固定する。そして、４本の押しネジ４１をネジ嵌合させ、押しネジ４１の先端が弾性ヒンジ２０の上部側面に接するようにそれぞれの押しネジ４１を送る。この状態で、押さえリング４９をわずかに緩め、押しネジ４１によって傾動量の調整を行い、歪みゲージ２１を用いて検出した曲げ歪み量があらかじめ定められた許容値以下になっていることを確認しながら押さえリング４９を締め付ける。押さえリング４９を締め付けた後、曲げ歪み量が許容値を超えている場合、再度、押さえリング４９をすこし緩めて、押しネジ４１によって傾動量を調整する。このような手順を繰り返すことによって、曲げ歪み量が許容値以下になる状態で、所望の傾動角度で各部品を固定する。
【００８１】
上述した構成により、実施の形態１、２と同様に、傾動調整が容易となる。
なお、押さえリング４９を十分に締め込んで端末シャフト３１の端末カップ３２に対する傾動を固定した後は、押しネジ４１と押しネジ支え４２、ねじ４３は取り外してもよい。
【００８２】
また、押しネジ４１は、押しネジ支え４２の側面のＺａ軸に１２０度点対称で３箇所、押しネジ支え４２に取り付けてもよい。
【００８３】
さらに、実施の形態３においては、球面座金４６ａと球面座金４６ｂとの間にすきま４７が設けられており、端末カップ３２の側面に注入孔４８が設けられている。形動調整が完了し、押えリング４９を締めつけた後に、接着剤を注入孔４８から注入し、すきま４７に充填させ、球体４５と球面座金４６ａ、４６ｂとを固着させてもよい。このようにすることで球体４５が傾動しないように確実に固定することができる。
【００８４】
上述の実施形態１〜３においては、支持機構ユニット２００の末端側に傾動部、傾動調整部、傾動固定部等を配置したが、図１０に示すように、支持機構ユニット２００の末端側に弾性ヒンジ２０を設け、傾動部（３２，３４，３５，３６，３７）等を、弾性ヒンジ２０より中央よりに配置するようにしてもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
図２に示すように、支持機構ユニット２００の両端部に傾動部、傾動調整部、傾動固定部等を設ける例を示したが、支持機構ユニット２００の片側のみに、傾動部等を設ける構成であってもよい。このように構成した場合、部分的ではあるが同様の効果を得ることができる。
【００８６】
上述の実施の形態１〜３では、端末シャフト３１の傾動の傾動角を決定するため、歪みゲージ２１の検出値を参照しながら、傾動量の調整と、ナット等の締め、緩みを繰り返したが、傾動調整の方法はこれに限られない。
例えば、板ばね部２０ａ、２０ｂを所定の区画に分け、その全区画について、あらかじめ歪みゲージ２１を用いて歪み量を検出しておき、これらのデータを有限要素解析等の手法による、この反射鏡支持装置（光学素子支持装置）の構造計算モデルにあてはめて、すべてのウェッジ形座金での角度調整量をまとめて算出して、傾動調整をおこなうという手順を用いてもよい。
【００８７】
また、上記の説明では、歪みゲージ２１で検出される曲げ歪み量が最も小さくなるように調整することを示したが、反射鏡の望ましい形状を保持するにあたって最も適切な歪み量があらかじめ設計計算等によって判明していれば、その適切な歪み量を目標値として傾動調整すればよい。
【００８８】
また、前記歪みゲージ２１は、傾動調整作業が終了した後は不要になるので、板ばね部からはがす、あるいは、リード線部分から先を切断する等して打ち上げ時に不要な部分は除去してよい。歪みゲージ２１に付帯する歪みアンプ等の計測器も、打ち上げ時には付設しなくてよい。
【００８９】
また、支持機構ユニット２００と反射鏡１００の接合部位を反射鏡１００の裏面に配設する例を説明したが、支持機構ユニット２００と反射鏡１００の接合部位を反射鏡１００の側面に設けてもよい。
【００９０】
図１１は、支持機構ユニット２００と反射鏡１００の接合部位を反射鏡１００の側面に設けた場合の斜視図である。図１と同じく、支持機構ユニット２００の外観は、簡略化して示してある。この例では、反射鏡１００の側面３箇所に接合ブロック２０１を接着等の方法にて接合し、その接合ブロック２０１に、支持機構ユニット２００の端末パッド３３をねじ締結等の方法にて接合している。この場合でも、支持機構ユニット２００は、６本で反射鏡１００を静定支持の方法に従って支持するものであり、図１に示した構成と同様の効果が得られる。
【００９１】
また、弾性ヒンジ２０の構成も上述のものに限定されない。例えば、図１２に例示するように、１本の細径に形成された四角柱状の弾性体２４から構成されてもよい。弾性体２４の４側面に歪みゲージ２１を配置することにより、ひずみの量と方向を求めることも可能である。
【００９２】
上述の実施形態では、人工衛星等に搭載する反射望遠鏡の凹面鏡用の支持機構ユニット２００を中心に説明した。本願発明は、このような場面で使用される場合に特に効果を有する。ただし、本願発明はこれに限定されるものではない。例えば、支持機構ユニット２００が支持する光学ユニットは、変形・歪みが望ましくないものであれば、なんでもよい。例えば、天体望遠鏡用以外の光学装置の凹面反射鏡、凸面反射鏡、凸レンズ、凹レンズ、平板ミラー、半透過ミラーなどでもよい。また、光学素子そのものに限定されず、支持フレーム等を含む広い意味の光学素子を支持するものでもよい。をまた、人工衛星に搭載するものに限定されず、地上で使用されるものでもよい。
【００９３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。
【符号の説明】
【００９４】
１０…支持脚部材  ２０…弾性ヒンジ  ２０ａ，２０ｂ…板ばね部  ２０ｃ…中間部  ２１…歪みゲージ  ２４…弾性体  ３０…ジョイント部材  ３１…端末シャフト  ３１ａ…おねじ  ３２…端末カップ  ３２ａ…中空部  ３２ｂ…フランジ  ３２ｃ…穴  ３２ｄ…穴  ３２ｅ…内周フランジ  ３３…端末パッド  ３４，３５…球面座金  ３５ａ…めねじ  ３６…ウェッジユニット  ３６ａ，３６ｂ…ウェッジ形座金  ３６ｃ…目盛り  ３７…ナット  ３８…ねじ  ４０ａ、４０ｂ…球面座金  ４１…押しネジ  ４２…押しネジ支え  ４３…ねじ  ４４…球面中心点と押しネジ先端の作用点を結ぶ直線  ４５…球体  ４５ａ…めねじ  ４６ａ，４６ｂ…球面座金  ４７…すきま  ４８…注入孔  ４９…押さえリング  ５０…球面中心点  １００…反射鏡  ２００…支持機構ユニット  ２０１…接合ブロック  ３００…支持台  １０００…反射鏡支持装置。
【図１】
2015079221.tif 000003
【図３】
2015079221.tif 000004
【図５】
2015079221.tif 000005
【図６】
2015079221.tif 000006
【図７（ａ）】
2015079221.tif 000007
【図７（ｂ）】
2015079221.tif 000008
【図１１】
2015079221.tif 000009
【図１２】
2015079221.tif 000010
【図１３】
2015079221.tif 000011
【図２】
2015079221.tif 000012
【図４】
2015079221.tif 000013
【図７（ｃ）】
2015079221.tif 000014
【図８】
2015079221.tif 000015
【図９】
2015079221.tif 000016
【図１０】
2015079221.tif 000017