(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙飛翔体に搭載され、結像光学系を含む光学機器であって、
前記結像光学系の初期あるいは長期的な変形に伴う焦点距離の変化を補正する第一焦点調整手段と、
前記第一焦点調整手段による補正とは独立に、前記結像光学系と観測対象点との間の距離の変化に伴う前記焦点距離の変化を補正する第二焦点調整手段と、
を有し、
前記第二焦点調整手段が、
マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを予め格納する記憶手段と、
マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出す第１手段と、
前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う第２手段と、
を有することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記第二焦点調整手段が前記第一焦点調整手段より低感度で高頻度の焦点調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項３】
前記結像光学系と観測対象点との間の距離が前記結像光学系の光軸の直下方向に対する回転角に依存して変化することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
【請求項４】
前記宇宙飛翔体が観測対象の天体の直下方向に対して所定角度内で回転することを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
【請求項５】
前記第２手段が、前記少なくとも１つの光学要素を直線移動させる直動手段を有し、前記光学要素の直線移動により、前記結像光学系の光路長が前記焦点距離の変化を補正するように変化することを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載の光学機器。
【請求項６】
宇宙飛翔体に搭載された結像光学系の焦点制御を行う方法であって、
第一焦点調整手段が前記結像光学系の初期あるいは長期的な変形に伴う焦点距離の変化を補正し、
前記第一焦点調整手段による補正とは独立に、前記第二焦点調整手段が、
マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを記憶手段に予め格納し、
マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出し、
前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記第二焦点調整手段が前記第一焦点調整手段より低感度で高頻度の焦点調整を行うことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記宇宙飛翔体の姿勢制御手段が前記結像光学系の光軸の直下方向に対する回転角を検出し、
前記第二焦点調整手段が、前記回転角に依存して変化する前記距離に応じて前記焦点距離の変化を補正することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記宇宙飛翔体が観測対象の天体の直下方向に対して所定角度内で回転することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
結像光学系を搭載した宇宙飛翔体であって、
宇宙飛翔体本体の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、
前記結像光学系の初期あるいは長期的な変形に伴う焦点距離の変化を補正する第一焦点調整手段と、
前記第一焦点調整手段による補正とは独立に、前記結像光学系と観測対象点との間の距離の変化に伴う前記焦点距離の変化を補正する第二焦点調整手段と、
を有し、
前記第二焦点調整手段が、
マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを予め格納する記憶手段と、
マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出す第１手段と、
前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う第２手段と、
を有することを特徴とする宇宙飛翔体。
【請求項１１】
前記第二焦点調整手段が前記第一焦点調整手段より低感度で高頻度の焦点調整を行うことを特徴とする請求項１０に記載の宇宙飛翔体。
【請求項１２】
前記第一焦点調整手段が、前記宇宙飛翔体の打ち上げ時の重力変形、前記結像光学系の支持構造部の脱湿変形および季節変動による変形に起因する前記焦点距離の変化を補正し、
前記第二焦点調整手段が前記宇宙飛翔体の所定範囲内の回転に起因する前記焦点距離の変化を補正する、
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の宇宙飛翔体。
【請求項１３】
前記姿勢制御手段が前記結像光学系の光軸の直下方向に対する回転角を検出し、
前記第二焦点調整手段が、前記回転角に依存して変化する前記距離に応じて前記焦点距離の変化を補正する、
ことを特徴とする請求項１０−１２のいずれか１項に記載の宇宙飛翔体。
【請求項１４】
前記第２手段が、前記結像光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を直線移動させる直動手段を有し、前記光学要素の直線移動により、前記結像光学系の光路長が前記焦点距離の変化を補正するように変化することを特徴とする請求項１０−１３のいずれか１項に記載の宇宙飛翔体。
【請求項１５】
結像光学系を搭載した宇宙飛翔体であって、
宇宙飛翔体本体の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、
前記姿勢制御手段により宇宙飛翔体本体のマヌーバを実行しながら、前記結像光学系を通して観測対象点のポインティング撮像を行う撮像手段と、
前記結像光学系と前記観測対象点との間の距離の変化に伴う前記結像光学系の焦点距離の変化を補正するポインティング焦点調整手段と、
を有し、
前記ポインティング焦点調整手段が、
マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを予め格納する記憶手段と、
マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出す第１手段と、
前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う第２手段と、
を有することを特徴とする宇宙飛翔体。
【請求項１６】
前記ポインティング焦点調整手段が前記宇宙飛翔体の所定範囲内の回転に起因する前記焦点距離の変化を補正することを特徴とする請求項１５に記載の宇宙飛翔体。
【請求項１７】
前記姿勢制御手段が前記結像光学系の光軸の直下方向に対する回転角を検出し、
前記ポインティング焦点調整手段が前記回転角に依存して変化する前記距離に応じて前記焦点距離の変化を補正する、
ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の宇宙飛翔体。
【請求項１８】
前記第２手段が、前記結像光学系を構成する少なくとも１つの光学要素を直線移動させる直動手段を有し、前記光学要素の直線移動により、前記結像光学系の光路長が前記焦点距離の変化を補正するように変化することを特徴とする請求項１５−１７のいずれか１項に記載の宇宙飛翔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工衛星等の宇宙飛翔体に搭載される光学機器に係り、特に焦点調整機構を有する光学機器、その焦点制御方法および宇宙飛翔体に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星等の宇宙飛翔体に搭載される光学式望遠鏡では、宇宙飛翔体の打ち上げによる重力変形、炭素繊維強化プラスチック（CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics）の脱湿変形、季節変動による支持構造部の変形等により、結像光学系の焦点距離が変動する。このような焦点変動は観測視野のズレおよび撮像画像の焦点ぼけの原因となるために補正する必要があり、そのための焦点調整技術が種々提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図１に例示するように、特許文献１に開示された光学式望遠鏡１０は、第１反射鏡１１、第２反射鏡１２、折返し鏡１３、第３反射鏡１４、第４反射鏡１５からなる反射光学系を有し、この反射光学系の焦点位置に撮像用の光検出器１６が設けられ、さらに、この反射光学系に第２反射鏡１２を駆動する焦点調整機構１７が設けられている。特に、特許文献１によれば、第２反射鏡１２だけの駆動では移動量を微少制御することが困難であるとの認識から、第３反射鏡１４および第４反射鏡１５を同方向に所定比率で移動させて焦点の微少調整を可能にする構成が採用されている。
【０００４】
また、光学式望遠鏡を搭載した地球観測用の宇宙飛翔体では、非特許文献１に記載されているように、周回軌道を移動しながら光検出器により観測対象となる地球３０の撮像を行う。その際、宇宙飛翔体本体の姿勢を所定範囲内で計画的に回転させる（マヌーバさせる）ことで、地球上の所望の場所の撮像（ポインティング撮像）を行うことができる。たとえば、図２に示すように、図１の光学式望遠鏡１０をミッション部に搭載した宇宙飛翔体２０は、直下方向に対して最大ポインティング角の範囲内でマヌーバすることによりスナップショット撮像等を行うことができる。
【０００５】
撮像時における模式的な光路および光学系の位置関係を図３に示す。図３において、光学式望遠鏡１０における結像光学系（１１−１５）の主平面と観測対象点Ｐとの間の距離（スラントレンジ）をＤとすれば、結像光学系の主平面から焦点距離にある位置あるいはその焦点深度内に光検出器１６を設けることで明瞭な画像を得ることができる。特許文献１に開示された焦点調整手段は、上述した脱湿変形や季節変動等に起因する結像光学系（１１−１５）の変形による焦点変動を補正して光検出器１６が焦点深度内に位置するように調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１３８９６２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】スペースジャパンレビュー２０１２年６，７，８，９月号（No.80）「ＡＳＮＡＲＯプロジェクトについて」（Space Japan Review, No. 80, June/July/August/September, 2012）
【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、図２に示すように宇宙飛翔体２０がマヌーバしながらポインティング撮像を行うと、スラントレンジＤは直下スラントレンジＤ０から最大ポインティング角の時のスラントレンジまでの範囲で変化する。任意のスラントレンジＤｉは、宇宙飛翔体の回転がθｉであるときの光学系の主表面から地上観測対象点Ｐｉまでの距離である。したがって、マヌーバ時の撮像では、このスラントレンジ差ΔＤ（＝Ｄｉ−Ｄ０）が焦点変動を引き起こす。
【０００９】
光学式望遠鏡の分解能が低い場合には、焦点変動に対する感度が低いために、スラントレンジ差ΔＤに起因する焦点変動が撮像品質に実質的に影響することはなかった。したがって、従来の観測用の宇宙飛翔体では、マヌーバ時のスラントレンジをたとえば所定の中間値Ｄｆｉｘに固定されたものとして撮像を行っていた。これに対して、光学式望遠鏡の分解能が向上し、高解像度の画像が要求されるようになると、マヌーバ時のスラントレンジ差ΔＤに起因する焦点変動が画像の鮮明度を劣化させ、撮像品質に影響するようになる。
【００１０】
上述した特許文献１の焦点調整技術では、補正すべき焦点変動が結像光学系の変形に起因するもの（たとえば打ち上げ時に生じる初期変動、脱湿変形、季節変動等による比較的長期間にわたって徐々に生じる長期変動）であるから、このような光学系の変形に起因する焦点変動の補正は、打ち上げ後あるいは比較的長い期間ごとに実行すればよい。これに対して、マヌーバ時のポインティング撮像では、長期的な変動に対する焦点調整とは異なり、回転に従って変化するスラントレンジ差ΔＤに起因する焦点変動を素早く補正する焦点調整が必要であり、特許文献１のような焦点調調整技術では対応することができない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、宇宙飛翔体から高鮮明な画像を得ることができる光学機器、その焦点制御方法および宇宙飛翔体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による光学機器は、宇宙飛翔体に搭載され、結像光学系を含む光学機器であって、前記結像光学系の初期あるいは長期的な変形に伴う焦点距離の変化を補正する第一焦点調整手段と、前記第一焦点調整手段による補正とは独立に、前記結像光学系と観測対象点との間の距離の変化に伴う前記焦点距離の変化を補正する第二焦点調整手段と、を有し、前記第二焦点調整手段が、マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを予め格納する記憶手段と、マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出す第１手段と、前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う第２手段と、を有することを特徴とする。
本発明による焦点制御方法は、宇宙飛翔体に搭載された結像光学系の焦点制御を行う方法であって、第一焦点調整手段が前記結像光学系の初期あるいは長期的な変形に伴う焦点距離の変化を補正し、前記第一焦点調整手段による補正とは独立に、前記第二焦点調整手段が、マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを記憶手段に予め格納し、マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出し、前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う、ことを特徴とする。
本発明による宇宙飛翔体は、結像光学系を搭載した宇宙飛翔体であって、宇宙飛翔体本体の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、前記結像光学系の初期あるいは長期的な変形に伴う焦点距離の変化を補正する第一焦点調整手段と、前記第一焦点調整手段による補正とは独立に、前記結像光学系と観測対象点との間の距離の変化に伴う前記焦点距離の変化を補正する第二焦点調整手段と、を有し、前記第二焦点調整手段が、マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを予め格納する記憶手段と、マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出す第１手段と、前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う第２手段と、を有することを特徴とする。
本発明による宇宙飛翔体は、結像光学系を搭載した宇宙飛翔体であって、宇宙飛翔体本体の姿勢制御を行う姿勢制御手段と、前記姿勢制御手段により宇宙飛翔体本体のマヌーバを実行しながら、前記結像光学系を通して観測対象点のポインティング撮像を行う撮像手段と、前記結像光学系と前記観測対象点との間の距離の変化に伴う前記結像光学系の焦点距離の変化を補正するポインティング焦点調整手段と、を有し、前記ポインティング焦点調整手段が、マヌーバ時の前記結像光学系と観測対象点との間の距離と当該距離に対応する焦点調整量とを予め格納する記憶手段と、マヌーバ時あるいは前記マヌーバに先立って、前記記憶手段を参照し、前記結像光学系と観測対象点との間の距離に対応する焦点調整量を読み出す第１手段と、前記焦点調整量に従って前記結像光学系の少なくとの１つの光学要素を移動させることで焦点調整を行う第２手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、結像光学系と観測対象点との距離の変化に起因する焦点調整を行うことで宇宙飛翔体から観測対象点の高鮮明な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は背景技術としての光学式望遠鏡の模式的構成図である。
【図２】図２は宇宙飛翔体が図１に示す光学式望遠鏡を搭載した場合のマヌーバ時のスラントレンジの変化を説明するための図である。
【図３】図３は図２における光学式望遠鏡の光路および光学要素の位置関係を示す模式図である。
【図４】図４は本発明の第１実施形態による光学機器である光学式望遠鏡の模式的構成図である。
【図５】図５は図４におけるポインティング焦点調整機構の一構成例を示す側面断面図である。
【図６】図６は第１実施形態による光学式望遠鏡を搭載した宇宙飛翔体における焦点調整機構を制御するシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は図６に示すシステムにおけるポインティング焦点調整用データの一構成例を示す模式図である。
【図８】図８は宇宙飛翔体が第１実施形態による光学式望遠鏡を搭載した場合のマヌーバ時のスラントレンジと撮像場所の変化を説明するための図である。
【図９】図９は本発明の第２実施形態による光学機器である光学式望遠鏡の模式的構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態の概要＞
本発明の実施形態によれば、宇宙飛翔体が所定角度内でマヌーバしながらポインティング撮像を行う時に、マヌーバにより生じる結像光学系の焦点ずれをポインティング焦点調整機構により迅速に補正することでピンぼけのない高鮮明な画像を比較的短い間隔で得ることができる。以下、本発明の実施形態による光学機器および宇宙飛翔体について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
１．第１実施形態
１．１）光学機器
図４において、本発明の第１実施形態による光学式望遠鏡１００は、主鏡１０１、２次鏡１０２、３次鏡１０３、第１折曲鏡１０４および第２折曲鏡１０５からなる結像光学系を有し、この結像光学系から所定距離の位置に撮像用の光検出器１０６が固定され、さらに２次鏡１０２を移動させる焦点調整機構１０７と、２次鏡１０２とは独立に第１折曲鏡１０４を移動させるポインティング焦点調整機構２００と、が設けられている。なお、図４に示す光学式望遠鏡１００の構成は一例であり、これに限定されるものではない。
【００１７】
主鏡１０１と２次鏡１０２とは同じ光軸上に設けられ、主鏡１０１により集光された入射光束が２次鏡１０２で反射され、主鏡１０１の中央部に設けられた開口部１０１ａを通過する。開口部１０１ａを通過した光束は３次鏡１０３により集光された後、第１折曲鏡１０４および第２折曲鏡１０５でそれぞれ反射されて光検出器１０６上に結像する。光学式望遠鏡１００における結像光学系（１０１−１０５）の主平面からの焦点距離は、合焦点が光検出器１０６上にくるように焦点調整機構１０７またはポインティング焦点調整機構２００により補正される。
【００１８】
本実施形態によれば、焦点調整機構１０７は２次鏡１０２を光軸方向Ａに沿って正確に微少距離だけ移動させることで、初期あるいは長期的な結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正する。ポインティング焦点調整機構２００は第１折曲鏡１０４をその反射面に対して直交する方向Ｂに移動させることで、マヌーバ時のポインティング撮像におけるスラントレンジの変動に起因する焦点変動を補正する。
【００１９】
上述したように、初期あるいは長期的な結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正するための２次鏡１０２の移動は頻繁に行われるものではなく、その移動量も、マヌーバ時のスラントレンジ変動に起因する焦点変動を補正する時の第１折曲鏡１０４の移動量に比べて、かなり（たとえば２桁程度）小さい。それに対して、ポインティング焦点調整機構２００は、マヌーバ時のポインティング撮像を行う際に頻繁に焦点調整を行うことが必要であり、その移動量も比較的大きいので、第１折曲鏡１０４を、マヌーバと同時に、ある程度の精度で素早く移動させることができる構造が望ましい。このようなポインティング焦点調整機構２００の一例を図５に示す。
【００２０】
図５に例示するように、ポインティング焦点調整機構２００は、焦点調整する第１折曲鏡１０４を取り付ける取付面２０１をリニアガイド２０２に沿って移動させるための直動機構２０３を有する。直動機構２０３は、たとえばねじ機構をアクチュエータ２０４により回転させることで、ナットに固定された取付面２０１を矢印方向２０５に直線移動させる。なお、本実施形態におけるポインティング焦点調整機構２００は図５の構成に限定されるものではない。
【００２１】
１．２）制御システム
上述したように、焦点調整機構１０７は２次鏡１０２を移動させて初期あるいは長期的な結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正し、ポインティング焦点調整機構２００は第１折曲鏡１０４を移動させてマヌーバ時のポインティング撮像におけるスラントレンジの変動に起因する焦点変動を迅速に補正する。したがって、焦点調整機構１０７およびポインティング焦点調整機構２００は、それぞれの目的にかなった制御を行う必要がある。以下、図４に例示した光学望遠鏡１００がミッション部に搭載された人工衛星を宇宙飛翔体の一例として、本実施形態における焦点制御システムについて説明する。
【００２２】
図６において、焦点調整機構１０７は既存の焦点制御系３０１により制御され、光学式望遠鏡１００の結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正する。この焦点制御は周知の方法を採用することができ、たとえば、主光線の所定位置からの変位、最大受光強度の検知等により焦点変動の補正が可能である。ポインティング焦点調整機構２００は本実施形態によるポインティング焦点制御系３０２により制御され、ポインティング撮像時の衛星の回転角（ポインティング角）に応じたスラントレンジの変動に起因する焦点変動を補正する。このポインティング焦点制御も周知の方法を採用することができるが、本実施形態では、予め複数のポインティング角にそれぞれ対応する焦点調整量を計算しておき、実際のポインティング撮像時に対応する焦点調整量を読み出すことで、ポインティング角の変化と同時に、あるいはそれに先だって、迅速な焦点調整を行うことができる。
【００２３】
焦点制御系３０１およびポインティング焦点調整制御系３０２は、衛星のミッション部を制御するミッション制御部３０３により制御され、特にポインティング焦点調整制御系３０２はスラントレンジ−焦点調整量対応テーブル３０４を参照しながら上記ポインティング焦点制御を実行する。なお、図６に例示するように、焦点制御系３０１および焦点調整機構１０７による制御系統のバックアップとして、ポインティング焦点調整機構２００およびポインティング焦点制御系３０２を用いて、上述した初期あるいは長期的な結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正することも可能である。
【００２４】
周知のように衛星の姿勢はバス部にある衛星姿勢制御系３０５により制御されるので、ポインティング焦点制御系３０２は、ミッション制御部３０３を通して現時点での衛星のポインティング回転角等の必要な姿勢データを取得することができる。次に、本実施形態におけるスラントレンジ−焦点調整量対応テーブル３０４のデータ構成について図７および図８を参照しながら説明する。
【００２５】
図７に例示するように、スラントレンジ−焦点調整量対応テーブル３０４には、当該衛星が所定軌道上を航行しているとき、直下方向に対する所定数ｎのポインティング角θと、それぞれのポインティング角に対応するポインティングスラントレンジＤと、当該ポインティングスラントレンジＤに起因する焦点変動を相殺するポインティング焦点調整量ｄと、が予め計算されて格納されている。たとえば、図８に示すように、観測対象天体３０の半径Ｒと直下スラントレンジＤ０とが与えられれば、任意のポインティング角θｉに対応するスラントレンジＤｉをそれぞれ計算することができる。
【００２６】
したがって、図７に例示するようなスラントレンジ−焦点調整量対応テーブル３０４を用いて、現在のポインティング角θｉに対応する焦点調整量ｄｉを検索あるいは補間計算により求めることができる。ポインティング焦点制御系３０２は、得られた焦点調整量ｄｉを用いてポインティング焦点調整機構２００を制御し、マヌーバによる焦点変動を相殺するように第２折曲鏡１０５を移動させる。
【００２７】
このように、スラントレンジの変化から焦点調整量を予め計算しておくことで、ポインティング焦点制御系３０２は、衛星２０のマヌーバと同時に、あるいはそれに先だってポインティング焦点調整量を取得することができ、ポインティング焦点調整機構２００による合焦動作を素早く実行することが可能となる。
【００２８】
なお、本実施形態は、図８に示すような幾何学的に計算されたポインティング焦点調整量ｄを用いる方法に限定されるものではなく、ポインティングスラントレンジＤを測定できる場合は、その測定値からポインティング焦点調整量ｄを計算してもよいし、光検出器１０６の撮像画像から周知の方法により焦点調整を行うこともできる。
【００２９】
１．３）動作
図３において説明したように、観測対象点から衛星２０の結像光学系（１０１−１０５）の主平面までのスラントレンジＤに対して結像光学系の焦点距離が決まる。このとき、ボケのない画像を取得する為には、光検出部１０６が焦点深度内に収まる必要がある。衛星２０がマヌーバしながらポインティング撮像する際に、図８に示す様に、衛星２０から観測対象点ＰまでのスラントレンジＤが直下スラントレンジＤ０から変動する。スラントレンジＤが変化すると、それに伴って結像光学系の焦点距離も変化する。一方、光検出部１０６の位置は固定されているから、スラントレンジＤが大きく変わると、合焦位置にあるべき光検出部１０６が焦点深度から外れてしまい、取得する画像にピンぼけが生じてしまう。
【００３０】
そこで、本実施形態によれば、ポインティング撮像時のマヌーバに起因する画像のピンぼけが生じないように、ポインティング焦点制御系３０２がポインティング焦点調整機構２００を駆動して第１折曲鏡１０４を移動させ、焦点距離を調整する。すなわち、ポインティング焦点調整機構２００により第１折曲鏡１０４の位置を矢印Ｂ方向に調整することによって、衛星２０がマヌーバしながらポインティング撮像する際のスラントレンジの変化に伴う焦点距離の変化が補正され、その結果、光検出部１０６が常に結像光学系の焦点深度内に収まるようになる。なお、実際のポインティング撮像時には、マヌーバおよび焦点調整による光学式望遠鏡１００の振動（擾乱）が治まってから実行される。したがって、上述したように、スラントレンジ−焦点調整量対応テーブル３０４を用いて、衛星２０のマヌーバと同時に、あるいはそれに先だってポインティング焦点調整量を取得することで、光学式望遠鏡１００の合焦動作を素早く実行することができ、結果的に、素早いポインティング撮像が可能となる。
【００３１】
１．４）効果
上述したように、本実施形態によれば、ポインティング焦点調整機構２００を用いて第１折曲鏡１０４の位置を調整することによって、人工衛星等の宇宙飛翔体がマヌーバしながらポインティング撮像する際のスラントレンジの変化に伴う焦点距離の変化を補正することができ、焦点ボケのない鮮明な画像を得ることができる。
【００３２】
なお、本実施形態によれば、通常の焦点調整機構１０７とポインティング焦点調整機構２００の両方を設けることで、上述した打ち上げ時の重力変形、初期変動あるいは脱湿変形、季節変動などによる支持構造部の変形に伴う焦点変動を補正する焦点調整機構１０７の代用として、ポインティング焦点調整機構２００を使用することも可能であり、焦点調整機構１０７のバックアップとすることができる。
【００３３】
また、本実施形態による光学式望遠鏡１００では、図４に例示したように、ポインティング焦点調整機構２００が第１折曲鏡１０４を矢印Ｂ方向に移動させてマヌーバに起因する焦点変動を補正するが、本発明は図４の構成に限定されるものではない。結像光学系を構成する任意の光学要素が焦点変動を補正するように移動されてもよい。たとえば、第２折曲鏡１０５あるいは３次鏡１０３を移動させることでポインティング焦点調整を行うことも可能である。
【００３４】
２．第２実施形態
本発明は焦点距離を調整可能な結像光学系であれば適用可能であり、第１実施形態による結像光学系の構成に限定されるものではない。
【００３５】
図９に例示するように、本発明の第２実施形態による光学機器である光学式望遠鏡４００は、主鏡４０１、２次鏡４０２、第１折曲鏡４０３、３次鏡４０４および第２折曲鏡４０５からなる結像光学系を有し、この結像光学系から所定距離の位置に撮像用の光検出器４０６が固定され、さらに２次鏡４０２を移動させる焦点調整機構１０７と、第２折曲鏡４０５を移動させるポインティング焦点調整機構２００と、が設けられている。なお、図９に示す光学式望遠鏡４００の構成は一例であり、これに限定されるものではない。
【００３６】
主鏡４０１と２次鏡４０２とは同じ光軸上に設けられ、主鏡４０１により集光された入射光束が２次鏡４０２で反射され、主鏡４０１の中央部に設けられた開口部４０１ａを通過する。開口部４０１ａを通過した光束は第１折曲鏡４０３で３次鏡４０４へ折り曲げられ、３次鏡４０４により集光された後、第２折曲鏡４０５で反射されて光検出器４０６上に結像する。光学式望遠鏡４００における結像光学系（４０１−４０５）の主平面からの焦点距離は、合焦点が光検出器４０６上にくるように焦点調整機構１０７またはポインティング焦点調整機構２００により補正される。
【００３７】
本実施形態によれば、焦点調整機構１０７は２次鏡４０２を光軸方向Ａに沿って正確に微少距離だけ移動させることで、初期あるいは長期的な結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正する。ポインティング焦点調整機構２００は第２折曲鏡４０５をその反射面に対して直交する方向Ｂに移動させることで、マヌーバ時のポインティング撮像におけるスラントレンジの変動に起因する焦点変動を補正する。
【００３８】
第１実施形態において既述したように、初期あるいは長期的な結像光学系の変形に起因する焦点変動を補正するための２次鏡４０２の移動は頻繁に行われるものではなく、その移動量も、マヌーバ時のスラントレンジ変動に起因する焦点変動を補正する時の第２折曲鏡４０５の移動量に比べて、かなり小さい。それに対して、ポインティング焦点調整機構２００は、マヌーバ時のポインティング撮像を行う際に頻繁に焦点調整を行うことが必要であり、その移動量も比較的大きいので、第２折曲鏡４０５をある程度の精度で反応よく移動させ易い構造が望ましい。本実施形態においても、このようなポインティング焦点調整機構２００の一例として図５に示す構造を採用することができる。また、焦点調整機構１０７およびポインティング焦点調整機構２００を制御する制御系は、図６に示す制御システムを採用することができる。すなわち、スラントレンジ−焦点調整量対応テーブル３０４を用いて、人工衛星等の宇宙飛翔体のマヌーバと同時に、あるいはそれに先だってポインティング焦点調整量を取得することで、光学式望遠鏡４００の合焦動作を素早く実行することができ、結果的に、素早いポインティング撮像が可能となる。
【００３９】
上述したように、図９に示す結像光学系の構成であっても、ポインティング焦点調整機構２００を用いて第２折曲鏡４０５の位置を調整することによって、人工衛星等の宇宙飛翔体がマヌーバしながらポインティング撮像する際のスラントレンジの変化に伴う焦点距離の変化を補正することができ、焦点ボケのない鮮明な画像を得ることができる。
【００４０】
また、本実施形態においても、通常の焦点調整機構１０７とポインティング焦点調整機構２００の両方を設けることで、上述した打ち上げ時の重力変形、初期変動あるいは脱湿変形、季節変動などによる支持構造部の変形に伴う焦点変動を補正する焦点調整機構１０７の代用として、ポインティング焦点調整機構２００を使用することも可能であり、焦点調整機構１０７のバックアップとすることができる。
【００４１】
また、本実施形態による光学式望遠鏡４００では、図９に例示したように、ポインティング焦点調整機構２００が第２折曲鏡４０５を矢印Ｃ方向に移動させてマヌーバに起因する焦点変動を補正するが、本発明は図９の構成に限定されるものではない。結像光学系を構成する任意の光学部材が焦点変動を補正するように移動されてもよい。たとえば、第１折曲鏡４０３あるいは３次鏡４０４を移動させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、本発明は、人工衛星等の宇宙飛翔体に搭載される光学式望遠鏡のポインティング撮像時の焦点調整に利用するものである。
【符号の説明】
【００４３】
２０  宇宙飛翔体（人工衛星）
３０  観測対象の天体
１００  光学式望遠鏡
１０１  主鏡
１０１ａ  開口部
１０２  ２次鏡
１０３  第１折曲鏡
１０４  ３次鏡
１０５  第２折曲鏡
１０６  光検出器
１０７  焦点調整機構
２００  ポインティング焦点調整機構
２０１  取付面
２０２  リニアガイド
２０３  直動機構
２０４  アクチュエータ
３０１  焦点制御系
３０２  ポインティング焦点制御系
３０３  ミッション制御部
３０４  スラントレンジ−焦点調整量対応テーブル
３０５  衛星姿勢制御系
４０１  主鏡
４０１ａ  開口部
４０２  ２次鏡
４０３  ３次鏡
４０４  第１折曲鏡
４０５  第２折曲鏡
４０６  光検出器
【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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