(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学望遠鏡１０であって、
第１および第２の軸線９０／９２を中心として回転するように構成され、光信号を受信し、また光信号の向きを変える単一の操作ミラー２０であって、前記光信号の向きが変えられる方向を制御すると共に前記光学望遠鏡１０の視準線を対応して制御するように、制御可能に配向される、単一の操作ミラー２０と、
前記操作ミラー２０からの前記光信号を受信する反射ミラー５２を備えるビーム管５０と、
前記反射ミラー５２の下流にあり、前記光信号をコリメートする一次ミラー６４と、
前記第１の軸線９０に垂直な前記第２の軸線９２を中心として回転するように構成され、前記一次ミラー６４からの前記光信号を受信すると共に前記光学望遠鏡１０からの前記光信号の向きを変える出力ミラー６６であって、前記光信号の向きが変えられる方向を制御すると共に前記光学望遠鏡１０の前記視準線の高度角を対応して制御するように、制御可能に配向される、出力ミラー６６と、
を備える光学望遠鏡１０。
【請求項２】
前記反射ミラー５２からの前記光信号を受信すると共に前記光信号の向きを変える折り畳みミラー６０と、前記折り畳みミラー６０からの前記光信号を受信すると共に前記光信号の向きを前記一次ミラー６４へと変える二次ミラー６２とを更に備える、請求項１に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項３】
前記二次ミラー６２が、前記光信号を拡張させるように構成される、請求項２に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項４】
前記操作ミラー２０の慣性角速度を検知するように前記光学望遠鏡１０の方位軸線と関連付けられた１つ以上の慣性角速度センサ９４と、前記出力ミラー６６の前記慣性角速度を検知するように前記光学望遠鏡１０の高度軸線と関連付けられた１つ以上の慣性角速度センサ９４とを更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項５】
前記出力ミラー６６が楕円形状を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項６】
ベース１２と、前記ベース１２により支持されたプラットフォームと、前記プラットフォームから外向きに延伸する１つ以上の直立支持体１４とを更に備え、
前記操作ミラー２０が、前記光信号の向きが変えられる方向を制御するように、前記ベース１２に対して制御可能に回転されるように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項７】
前記直立支持体１４に対する前記出力ミラー６６の回転位置を決定するための高度位置センサ７５を更に備える、請求項６に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項８】
前記直立支持体１４に対する前記出力ミラー６６の回転位置を決定するためのエンコーダを更に備え、前記エンコーダが、エンコーダハブ７６、エンコーダステータ７８およびエンコーダロータ８０を備える、請求項６又は７に記載の光学望遠鏡１０。
【請求項９】
ベンチ１３を更に備え、前記ベース１２が前記ベンチ１３に搭載され、前記ベンチまたは前記ベース１２が、前記光学望遠鏡１０により制御可能に送信される、レーザ測量またはレーザ通信を実施するための前記光信号２１を生成するレーザ１８を収容し、前記ベンチが航空機または宇宙船に搭載される、請求項６から８のいずれか一項に記載の光学望遠鏡１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ある例示実施形態は、概して光学望遠鏡に関し、特に、レーザ測量およびレーザ通信を含む各種用途で利用され得る軸ずれ光学望遠鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学望遠鏡は、広範な各種目的で利用される。例えば、光学望遠鏡は、レーザ測量またはレーザ通信で利用され得る。レーザ測量に関して、光学望遠鏡は、ターゲットをレーザで照らした後に反射光を分析することにより距離計測値が得られる、光検出および測距（LiDAR）に対応し得る。よって、光学望遠鏡は地形測量に対応し得る。加えて、光学望遠鏡は、空対地通信、地対地通信、面対地通信、面対面通信、および／または空対面通信を含む、レーザ通信に対応し得る。本明細書で用いられるとき、「面」は、地上のみならず、水域面などの他のタイプの面も参照し得る。
【０００３】
幾つかの用途においては、光学望遠鏡に割り当てられ得るサイズおよび重量が制限され、それにより、そのような用途で利用され得る光学望遠鏡を制約もする。さらに、幾つかの用途は、比較的大きな開口および視野を必要とし得、そのことは、幾つかの光学望遠鏡に課せられた開口および視野に関する制約によって、そのような用途で効率的に役立ち得る光学望遠鏡を限定し得る。この文脈において、視野とは、機械的に可能な全ての位置を照準するときに検出器によりカバーされる領域である。さらに、幾つかの光学望遠鏡は、多数の反射光学素子を含み得、そのことは、幾つかの用途で望ましいであろう、多重スペクトルの検知とレーザとの統合を制限しまたは妨げ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示のある例示実施形態による光学望遠鏡が提供される。その幾何学的配置およびその軸ずれ構成の結果として、ある例示実施形態の光学望遠鏡は、光学望遠鏡に割り当てられ得るサイズおよび重量を制限するそれらの用途を含む広範な各種用途に光学望遠鏡を適したものとするように、比較的小さなサイズおよび比較的軽い重量を有し得る。加えて、ある例示実施形態の光学望遠鏡は、広い開口および視野を要求する用途に役立つことができるように、比較的広い開口および視野を有し得る。実際、ある例示実施形態の光学望遠鏡は、小さなパッケージサイズで大きな開口サイズを有する一方で、高速操作ミラーによる機敏な走査および照準、光学望遠鏡の幾何学的形状の結果としての半球状の視野、および、閉ループのジャイロスコープ制御構成によるベース運動の安定化をもたらす。さらに、ある例示実施形態の光学望遠鏡は、多重スペクトルの検知とレーザとの統合に対応するように、反射光学素子の数を制限する。よって、ある例示実施形態の光学望遠鏡は、レーザ測量およびレーザ通信を含む広範な各種用途で利用され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある例示実施形態において、光信号を受信し、また光信号の向きを変える操作ミラーを含む、光学望遠鏡が提供される。操作ミラーは、光信号の向きが変えられる方向を制御するように、また光学望遠鏡の視準線を対応して制御するように、制御可能に配向されるように構成される。この例示実施形態の光学望遠鏡は、操作ミラーからの光信号を受信する反射ミラーを含む、ビーム管も含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、反射ミラーの下流にあり光信号をコリメートする、一次ミラーも含む。さらに、この例示実施形態の光学望遠鏡は、一次ミラーからの光信号を受信し、また光学望遠鏡からの光信号の向きを変える、出力ミラーを含む。出力ミラーは、光信号の向きが変えられる方向を制御するように、また光学望遠鏡の視準線の高度角を対応して制御するように、制御可能に配向されるように構成される。
【０００６】
ある例示実施形態の操作ミラーは、第1および第2の軸線を中心として回転するように構成され、出力ミラーは、第1の軸線に垂直な第2の軸線を中心として回転するように構成される。ある例示実施形態の光学望遠鏡は、反射ミラーからの光信号を受信し、また光信号の向きを変える、折り畳みミラーも含む。この例示実施形態において、光学望遠鏡は、折り畳みミラーからの光信号を受信し、また光信号を一次ミラーへと方向付ける、二次ミラーも含んでもよい。二次ミラーは、光信号を拡張させるように構成されてもよい。ある例示実施形態の光学望遠鏡は、操作ミラーの慣性角速度を検知するように光学望遠鏡の方位角と関連付けられた1つ以上の慣性角速度センサと、出力ミラーの慣性角速度を検知するように光学望遠鏡の高度角と関連付けられた1つ以上の慣性角速度センサとも含む。ある例示実施形態の出力ミラーは楕円形状を有する。
【０００７】
別の例示実施形態において、ベースと、ベースにより支持されたプラットフォームと、プラットフォームから外向きに延伸する1つ以上の直立支持体とを含む、光学望遠鏡が提供される。この例示実施形態の光学望遠鏡は、光信号を受信し、また光信号の向きを変える、操作ミラーも含む。操作ミラーは、光信号の向きが変えられる方向を制御するように、制御可能に回転されるように構成される。この例示実施形態の光学望遠鏡は、1つ以上の直立支持体により支持されたビーム管も含み、ビーム管は、操作ミラーからの光信号を受信する反射ミラーを含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、1つ以上の直立支持体により支持され、光信号をコリメートするように反射ミラーの下流に配置された、一次ミラーも含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、1つ以上の直立支持体により支持され、一次ミラーからの光信号を受信し、また光学望遠鏡からの光信号の向きを変える、出力ミラーも含む。出力ミラーは、光信号の向きが変えられる方向を制御するように、1つ以上の直立支持体に対して制御可能に回転されるように構成される。
【０００８】
ある例示実施形態において、操作ミラーは、第1および第2の軸線を中心として回転するように構成され、出力ミラーは、第1の軸線に垂直な第2の軸線を中心として回転するように構成される。ある例示実施形態の光学望遠鏡は、1つ以上の直立支持体により支持され、反射ミラーからの光信号を受信し、また光信号の向きを変える、折り畳みミラーも含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、1つ以上の直立支持体により支持され、折り畳みミラーからの光信号を受信し、また光信号の向きを一次ミラーへと変える、二次ミラーも含む。この例示実施形態の二次ミラーは、光信号を拡張させるように構成されてもよい。ある例示実施形態の光学望遠鏡は、操作ミラーの慣性角速度を検知するように光学望遠鏡の方位軸線と関連付けられた1つ以上の慣性角速度センサと、出力ミラーの慣性角速度を検知するように光学望遠鏡の高度角と関連付けられた1つ以上の慣性角速度センサとも含む。ある例示実施形態の出力ミラーは楕円形状を有する。ある例示実施形態のベースは円柱形状を有する。
【０００９】
ある更なる例示実施形態において、ベースと、ベースにより支持されたプラットフォームと、プラットフォームから外向きに延伸する複数の支柱とを含む、光学望遠鏡が提供される。この例示実施形態の光学望遠鏡は、光信号を受信し、また光信号の向きを変える、操作ミラーも含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、第1の支柱により支持されたビーム管も含み、ビーム管は、操作ミラーからの光信号を受信し、また光信号の向きを変える反射ミラーを備える。この例示実施形態の光学望遠鏡は、第2の支柱により支持され、反射ミラーからの光信号を受信し、また光信号の向きを変える、折り畳みミラーも含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、第3の支柱により支持され、折り畳みミラーのための光信号を受信し、また光信号の向きを変える、二次ミラーも含む。この例示実施形態の光学望遠鏡は、第2の支柱により支持され、二次ミラーからの光信号を受信し、また光信号をコリメートする、一次ミラーを更に含む。さらに、この例示実施形態の光学望遠鏡は、第3の支柱により支持され、一次ミラーからの光信号を受信し、また光学望遠鏡からの光信号の向きを変える、出力ミラーを含む。
【００１０】
ある例示実施形態の操作ミラーは、第1および第2の軸線を中心として回転するように構成され、出力ミラーは、第1の軸線に垂直な第2の軸線を中心として回転するように構成される。ある例示実施形態の二次ミラーは、光信号を拡張させるように構成される。ある例示実施形態の光学望遠鏡は、光学望遠鏡の方位軸線と関連付けられ、操作ミラーの慣性角速度を検知する、1つ以上の慣性角速度センサと、光学望遠鏡の高度角と関連付けられ、出力ミラーの慣性角速度を検知する、1つ以上の慣性角速度センサとも含む。ある例示実施形態のベースは円柱形状を有する。
【００１１】
このように本開示の実施形態を一般論として記述してきたが、つぎに、必ずしも縮尺に従って描かれていない添付の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示のある例示実施形態による光学望遠鏡の斜視図である。
【図２】本開示のある例示実施形態による、図1の光学望遠鏡の側断面図である。
【図３】図2に示されるのとは反対の方向における図1の光学望遠鏡の側断面図である。
【図４】本開示のある例示実施形態の光学望遠鏡を通る光信号の経路の模式表現である。
【図５】安定化の目的で利用されるフィードバックを例示する、本開示のある例示実施形態の光学望遠鏡の構成要素のブロック図である。
【図６】本開示のある例示実施形態による光学望遠鏡の視準線に関してコントローラにより実施される動作の制御図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
つぎに、以下では、全てではないが幾つかの実施形態が示される添付の図面を参照して、本開示の実施形態がより詳しく記述される。実際、これらの実施形態は、多くの様々な形態で具体化され得、本明細書に挙げられる実施形態に限定して解釈されるべきではなく、むしろ、それらの実施形態は、この開示が適用すべき法的必要条件を満たすように提供される。全体を通して同様の数字が同様の要素を参照している。
【００１４】
ある例示実施形態によれば、体腔鏡などの光学望遠鏡が提供される。光学望遠鏡は、例えば、レーザ測量およびレーザ通信を含む、広範な各種用途で利用され得る。レーザ測量に関して、光学望遠鏡は、地形測量および／またはLiDARに基づく測量に対応し得る。レーザ通信に関して、光学望遠鏡は、空対地通信、地対地通信、面対地通信、面対面通信および／または空対面通信を含む、広範なレーザ通信に対応するように構成される。
【００１５】
光学望遠鏡は、各種様式で構成され得るが、ある例示実施形態の光学望遠鏡10が図1に描写されている。示されているように、光学望遠鏡10は、ベース12と、ベースから外向きに延伸する1つ以上の直立支持体14とを含む。この例示実施形態において、ベース12は、円柱形状を有し、ベースおよび1つ以上の直立支持体14を含む光学望遠鏡10は、円柱容積部内に受容されるように構成される。例示される実施形態において、1つ以上の直立支持体14は、ベース12から外向きに延伸する、第1、第2および第3の支柱などの複数の支柱を含む。しかし、1つ以上の直立支持体14は、例えば、ベース12の周縁の全体または一部から外向きに延伸する円筒側壁を含むような、他の様式で構成されてもよい。
【００１６】
ベース12は、図2および図3に示されるように、ベンチ13に搭載され得る。ベンチ13は、航空機もしくは他の飛行体、宇宙船、地上車両、海上乗物もしくは他の水上乗物などの乗物により支持され得る。代わりに、ベンチ13は固定構造であってもよい。光学望遠鏡10が光信号を送信するように構成される、ある実施形態において、ベンチ13および／またはベース12は、光学望遠鏡により制御可能に送信される、レーザ測量、レーザ通信または他の用途のための光信号21を生成するレーザ18を支持または収容し得る。加えてまたは代わりに、光学望遠鏡が光信号を受信するように構成される、ある実施形態において、ベンチ13および／またはベース12は、光信号を受信するための検出器または他のタイプの受信器を支持または収容し得る。限定ではなく説明を目的として、以下では、光信号の送信に関連して光学望遠鏡10が記述されるが、光学望遠鏡は、光信号の受信にも同様に利用され得る。
【００１７】
図1に示され、図2および図3の断面に示されるように、光学望遠鏡10は、光学望遠鏡の方位角と高度角の両方を制御するように、レーザにより生成された光信号を制御可能に方向付けるための複数の光学素子を含む。この点に関して、光学望遠鏡10は、レーザ18からの光信号を受信し、また光信号の向きを変える操作ミラー20を含む。典型的に、操作ミラー20は円形状を有するが、操作ミラーの片側半分のみが図2に示されており、操作ミラーの他の半分は、操作ミラー後方の他の構成要素を見られるような例示を目的として取り除かれている。図1から図3に描写される配向において、レーザは、ベース12またはベンチ13により支持され、垂直など上向きに伝搬する光信号をベースを通して操作ミラー20に放出するように配向され、操作ミラー20は、レーザからの光信号が操作ミラーに送出される方向に略垂直な方向などに光信号の向きを変える。図2および図3に描写され、図4における光信号の経路の模式表現により示されるような例示実施形態において、ベース12などの光学望遠鏡10は、光信号を操作ミラーへと方向付けるために、レーザ18と操作ミラー20の間に配置された、レンズなどの1つ以上の光学素子22を含む。
【００１８】
操作ミラー20は、各種の様式で構成され得るが、例示される実施形態の光学望遠鏡10は、プラットフォーム15により支持されプラットフォーム15により回転可能であるハウジング24と、ハウジングにより支持された操作ミラーとを含む、操作ミラーアセンブリを含む。操作ミラー20は、光信号の向きが変えられる方向を制御するように、また光学望遠鏡10の視準線を対応して制御するように、制御可能に配向されるように構成される。例えば、操作ミラー20は、光学望遠鏡10の視準線の方位角および高度角を対応して制御するか、あるいは、第1の軸線および第2の軸線が方位軸線および高度軸線とそれぞれ位置合わせされていない実施形態においては、方位角および高度角に依存しないように、制御可能に配向されてもよい。ある例示実施形態において、プラットフォーム15は、ベース12により支持され、ベースおよびベンチ13に対して回転されるように構成され、プラットフォームの回転によりベースおよびベンチに対する操作ミラー20の回転を生じさせる。プラットフォーム15は、ベース12に対して回転するように各種の様式で構成されるが、ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、ベース内に配設された、DCモータなどの方位モータ29を含む。図2および図3に示されるように、方位モータ29は、方位モータステータ30、方位モータロータ32、スリップリングブラッシュブロック34およびスリップリングロータ36を含む。加えて、この例示実施形態のベース12は、ベンチに対するベースの制御された回転を容易にするために、方位軸受け上部要素38、方位軸受け下部要素40および方位軸受けスペーサ42を含む、方位軸受け37を含む。よって、ベース12は、ベンチ13に対してベースと共に操作ミラー20を対応して回転させるために、ベンチに対してプラットフォーム15を制御可能に回転させ得る。
【００１９】
後述され、図5に示されるように、ベース12およびベンチ13に対するプラットフォーム15および操作ミラー20の回転は、方位モータ29と通信している、コンピューティングデバイスなどのコントローラ43により指示され得る。コントローラ43は、多数の様々な方法で具体化され得る。例えば、コントローラ43は、1つ以上のプロセッサ、コプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（DSP）、付随するDSPを伴うか伴わない処理要素、または、例えば、ASIC（特定用途向け集積回路）、FPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、マイクロコントローラユニット（MCU）、ハードウェアアクセラレータ、専用コンピュータチップなどの集積回路を含む各種の他のタイプの処理回路など、1つ以上の各種のハードウェア処理手段として具体化されてもよい。
【００２０】
ある例示実施形態のベース12は、ベースおよびベンチ13に対するプラットフォーム15の、回転位置などの位置を決定し、対応して操作ミラー20の位置を決定するようにも構成される。この点に関して、ある例示実施形態のベース12は、ベンチ13に対するプラットフォーム15の位置を決定するための、方位位置センサハブ44、方位位置センサステータ46および方位位置センサロータ48を含む、方位位置センサ45も含む。図5にも示されるように、方位位置センサ45は、ベンチに対するプラットフォームの現在位置に基づいてベース12およびベンチ13に対してプラットフォーム15を制御可能に回転させるために、コントローラが方位モータ29に指示できるように、コントローラ43と通信し得る。
【００２１】
図1および図4に示されるように、光学望遠鏡10は、操作ミラー20からの光信号を受信し、また光信号の向きを変える反射ミラー52を含む、ビーム管50も含む。ビーム管50は、最初に操作ミラー20からの光信号を受信し、光信号の向きをビーム管を通して反射ミラー52へと変えるための、反射平板54などの光学素子も含み得る。よって、反射平板54および反射ミラー52は、ビーム管50の反対端に配置され得る。ある例示実施形態において、反射平板は楕円形状を有し得る。ビーム管50は、操作ミラー20から受信された光信号を反射ミラーへと制御可能に方向付けるために、反射平板54と反射ミラー52の間に配置された1つ以上の追加光学素子56も任意選択的に含む。図1に示されるように、ビーム管50は、プラットフォーム15から外向きに延伸する第1の支柱によるなど、1つ以上の直立支持体14により支持される。例示される実施形態において、反射平板54は、プラットフォーム15に近接する箇所で第1の支柱により支持され、反射ミラー52は、プラットフォームから離間した箇所で第1の支柱の反対端により支持され、他の光学素子56は、それらの間に配置される。
【００２２】
ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、1つ以上の直立支持体14により支持された、反射平板などの折り畳みミラー60も含む。この点に関して、反射平板は、光信号の向きを変える、平面状の光学素子である。例示される実施形態において、折り畳みミラー60は第2の支柱により支持される。折り畳みミラー60は、ビーム管50の反射ミラー52からの光信号を受信し、また光信号23の向きを変えるように構成される。この点に関して、例示実施形態の光学望遠鏡10は、第3の支柱によるなど1つ以上の直立支持体14により支持された二次ミラー62も含む。二次ミラー62は、折り畳みミラー60からの光信号を受信し、また光信号の向きを変えるように構成される。二次ミラー62は、それによって向きを変えられた光信号を拡張させるような湾曲形状を有し得る。
【００２３】
例示される実施形態の光学望遠鏡10は、折り畳みミラー60も支持する第2の支柱によるなど1つ以上の直立支持体14により支持された一次ミラー64も含む。一次ミラーは、二次ミラー62からの光信号23を受信し、また光信号25の向きを所望の様式で変えるために、光学望遠鏡10の中心軸線90に対して、ある角度で配設され得る。この点に関して、一次ミラー64は、光信号をコリメートするようなコリメート用光学素子であり得る。ある例示実施形態の一次ミラーは、半球状の視野をもたらすように360°の方位で制御可能に回転されるように構成される。
【００２４】
さらに、例示される実施形態の光学望遠鏡10は、一次ミラー64からの光信号25を受信し、またレーザ測量、レーザ通信または他の用途に利用されるようになど、光学望遠鏡からの光信号27の向きを変える、出力ミラー66を含む。出力ミラー66も、二次ミラー62も支持する第3の支柱によるなど直立支持体14により支持される。出力ミラー66は、光信号が光学望遠鏡10から方向付けられる、高度角などの方向を制御するように、第3の支柱に対してなど、直立支持体14に対して制御可能に回転されるなど、制御可能に配向されるように構成される。ある例示実施形態の出力ミラー66は、楕円形状を有し得る。この点に関して、出力ミラー66は、開口の寸法すなわち出力ビーム直径を規定する短軸と、短軸の値の1．4倍など、短軸の所定倍数である長軸とを有する、楕円の形状を有する。ある例示実施形態の出力ミラーは、曲率を有さず、結果として平坦である。
【００２５】
出力ミラー66は、直立支持体14に対して回転するように各種の様式で構成され得るが、ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、直立支持体内に配設され、および／または直立支持体により支持される、DCモータなどの高度モータを含む。図2および図3に示されるように、高度モータは、高度モータステータ70、高度モータロータ72、および、高度玉軸受け対74などの高度軸受けを含む。よって、出力ミラー66は、直立支持体14に対して制御可能に回転され得る。プラットフォーム15および操作ミラー20の回転に関して上述されたように、高度モータは駆動され得、出力ミラー66は、コントローラ43の指示の下で制御可能に回転され得る。ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、直立支持体14に対する出力ミラー66の、回転位置などの位置を決定するようにも構成される。この点に関して、ある例示実施形態の、直立支持体14などの光学望遠鏡10は、高度位置センサも含み得る。例えば、高度位置センサは、直立支持体14に対する出力ミラー66の回転位置を決定するための、例えば、エンコーダハブ76、エンコーダステータ78およびエンコーダロータ80を含む、エンコーダにより具体化され得る。高度位置センサは、出力ミラーの現在の回転位置に基づいて直立支持体14に対して出力ミラー66を制御可能に回転させるために、コントローラが高度モータに指示できるように、コントローラ43と通信し得る。
【００２６】
例示される実施形態において、操作ミラー20は、図1から図3の光学望遠鏡10の例示される配向において、垂直および水平軸線などの第1および第2の軸線90、92をそれぞれ中心としてベンチ13に対して回転するように構成される。加えて、出力ミラー66は、第1の軸線に垂直な第2の軸線92を中心として制御可能に回転されるように構成される。図1から図3に描写される光学望遠鏡10の配向において、出力ミラー66は、水平軸線を中心として回転されるように構成される。プラットフォーム15による第1の軸線90を中心とする回転および第2の軸線92を中心とする回転の結果として、ある例示実施形態の操作ミラー20は、光信号が光学望遠鏡から方向付けられる方位角および高度角など、光学望遠鏡10の視準線の方位角および高度角をそれぞれに制御するように、その向きをベンチ13に対して変えられるように構成される。代わりに、第1および第2の軸線に対する操作ミラー20の回転は、光学望遠鏡10の視準線の方位角および高度角に依存しない。加えて、出力ミラー66は、光学望遠鏡により送信される光信号の高度角など、光学望遠鏡10の視準線の高度角を対応して制御するために、直立支持体14に対して、制御可能に回転されるなど制御可能に配向されるように構成される。よって、光学望遠鏡10は、多重空間のセンサとレーザとの統合を容易にするように、限られた数の反射レンズを用いて、軸ずれした光信号、すなわち、光学望遠鏡10の中心軸線90により規定されるものとは異なる方向に延伸し、方位角および高度角により規定される視準線に沿う光信号を、制御可能に方向付けることができる。上述された様式で光学望遠鏡10の方位角と高度角の両方を制御することによって、光学望遠鏡の開口および光学望遠鏡の視野は、少なくとも幾つかの実施形態において比較的大きくなり得る。例えば、ある例示実施形態の光学望遠鏡は、9センチメートルの開口、および半球状の視野に対応し得る。
【００２７】
ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、動的条件の下で光学望遠鏡により送信される光信号の視準線ベクトルを安定化させるように開ループ安定化をもたらすように構成される。開ループ安定化をもたらすために、図5に示されるようなコントローラ43など、ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、操作ミラー20が回転される慣性角速度と、出力ミラー66が回転される角速度とを決定するように構成される。ある例示実施形態において、光学望遠鏡10は、操作ミラーの慣性角速度を検知するように操作ミラー20と関連付けられた、ジャイロセンサなどの1つ以上の慣性角速度センサ94と、出力ミラーの慣性角速度を検知するように出力ミラー66と関連付けられた、ジャイロセンサなどの1つ以上の慣性角速度センサ96とを含む。例として、操作ミラー20と関連付けられた慣性角速度センサ（複数も可）94は、操作ミラーの慣性角速度を検知するように互いに垂直に配向された、第1および第2のジャイロセンサを含み得る。同様に、この例示実施形態の出力ミラー66と関連付けられた慣性角センサ（複数も可）96は、出力ミラーの慣性角速度を検知するように互いに垂直に配向された、第1および第2のジャイロセンサを含み得る。
【００２８】
コントローラ43は、操作ミラー20および出力ミラー66の回転位置など、光学望遠鏡10の動作を指示するように各種の様式で構成され得る。しかし、光学望遠鏡10が移動中の乗物または他の物体により支持され、光学望遠鏡により放出された光信号がターゲットに向けられることが意図される、ある例示実施形態において、コントローラ43は、以下の数式により操作ミラー20および出力ミラー66の回転位置および慣性角速度をターゲットの位置に関連させ、
【００２９】
【数１】
0006742151.tif 000002
【００３０】
ここで、
【００３１】
【数２】
0006742151.tif 000003
【００３２】
は、慣性角速度センサ94により決定される操作ミラー20の慣性角速度であり、
【００３３】
【数３】
0006742151.tif 000004
【００３４】
は、慣性角速度センサ96により決定される出力ミラー66の慣性角速度であり、rはターゲットへの到達距離であり、θelは、高度位置センサ75により決定される出力ミラーの回転位置であり、θazは、方位位置センサ45により決定される操作ミラーの回転位置であり、vxおよびvzはそれぞれ、地球中心慣性系に対する視準線系からのターゲットのxおよびy方向の相対速度であり、ωp、ωyおよびωrは、地球中心慣性系に対する物体系のロール、ピッチおよびヨーレートである。vx、vz、ωp、ωyおよびωrの値は、光学望遠鏡10を支持する乗物に搭載されたナビゲーションシステムなど、コントローラが通信している他のシステムなどによりコントローラに提供されてもよく、vxおよびvzなどに関してはコントローラにより決定されてもよい。前述の数式に基づいて、コントローラ43は、移動中の乗物または他の物体に光学望遠鏡10が支持されている間に光信号の向きをターゲットに向けるために、操作ミラー20および出力ミラー66の所望の回転位置を決定するように構成され得る。図5の例示実施形態のコントローラ43は、次いで、操作ミラー20および出力ミラー66をそれぞれ所望の回転位置に回転させるように、方位モータ29および高度モータ69に指示し得る。コントローラ43は、ターゲットおよび／または光学望遠鏡10の位置が時間と共に変化するときに、光信号がターゲットに方向付けられたままであることを確実にするために、この処理を繰り返してもよい。
【００３５】
ある例示実施形態のコントローラ43によりもたらされる光学望遠鏡10の制御に関して、コントローラは、図6に示されるように、操作ミラー20および出力ミラー66の追跡制御100と安定化制御102との両方をもたらし得る。上述されたように、例えば、ある例示実施形態のコントローラ43は、光学望遠鏡10の現在の視準線、ターゲットの箇所、ならびに、方位位置センサ45および高度位置センサ75によりそれぞれ提供される操作ミラーおよび出力ミラーの位置に関する情報に基づいて、操作ミラー20および出力ミラー66に対する追跡制御をもたらすように構成される。この例示実施形態のコントローラ43は、方位位置センサ45および高度位置センサ75によりそれぞれ提供される、操作ミラー20および出力ミラー66の位置に関する情報と、角速度センサ94、96によりそれぞれ提供される、操作ミラーおよび出力ミラーが再配置される速度に関する情報とに基づいて、追跡命令の安定化制御をもたらすようにも構成される。追跡制御により出されコントローラ43の安定化制御102により修正された命令は、次いで、光学望遠鏡10の視準線をターゲットに対して再配置するように操作ミラー20および出力ミラー66を適切に配置するために利用される。
【００３６】
その幾何学的配置およびその軸ずれ構成の結果として、ある例示実施形態の得られた光学望遠鏡10は、サイズおよび重量が制約される多くの用途で光学望遠鏡を利用できるように、比較的小さく軽量なパッケージで慣性的に安定化された視準線をもたらす。ある例示実施形態の操作ミラー20が高速操作ミラーであるとき、光学望遠鏡10も、高帯域の照準および走査をもたらすように機敏である。コントローラによりもたらされる上述された制御の結果として、操作ミラー20の回転位置および／または慣性角速度は、残留ジンバル外乱を安定化させるようにフィードフォワードループで利用され得る。よって、ある例示実施形態の光学望遠鏡10は、比較的小さく軽量なパッケージで高度角と方位角の両方に関する安定化および制御をもたらす。
【００３７】
当業者には、前述の説明および関連する図面に提示される教示の利益を有し、これらの実施形態が関係する、多くの修正および本明細書に挙げられる他の実施形態が思い付くであろう。したがって、実施形態は開示される特定のものに限定されるべきではないこと、ならびに、修正および他の実施形態は添付の請求項の範囲内に含まれることが意図されることが、理解されるべきである。その上、前述の説明および関連する図面は、要素および／または機能の特定の組合せ例の文脈において例示実施形態を記述しているが、添付の請求項の範囲から逸脱しない代替的な実施形態により要素および／または機能の様々な組合せが提供されてもよいことを理解されたい。この点に関して、例えば、明示的に上述されたもの以外の、添付の請求項の幾つかに挙げられ得るような要素および／または機能の様々な組合せも想起される。本明細書において特定の用語が利用されるが、それらは、限定の目的ではなく、一般的な意味および記述的な意味でのみ用いられる。
【符号の説明】
【００３８】
10  光学望遠鏡
12  ベース
13  ベンチ
14  直立支持体
15  プラットフォーム
18  レーザ
20  操作ミラー
21  光信号
22  光学素子
23  光信号
24  ハウジング
25  光信号
27  光信号
29  方位モータ
30  方位モータステータ
32  方位モータロータ
34  スリップリングブラッシュブロック
36  スリップリングロータ
37  方位軸受け
38  方位軸受け上部要素
40  方位軸受け下部要素
42  方位軸受けスペーサ
43  コントローラ
44  方位位置センサハブ
45  方位位置センサ
46  方位位置センサステータ
48  方位位置センサロータ
50  ビーム管
52  反射ミラー
54  反射平板
56  光学素子
60  折り畳みミラー
62  二次ミラー
64  一次ミラー
66  出力ミラー
69  高度モータ
70  高度モータステータ
72  高度モータロータ
74  高度玉軸受け対
75  高度位置センサ
76  エンコーダハブ
78  エンコーダステータ
80  エンコーダロータ
90  第1の軸線、中心軸線
92  第2の軸線
94  慣性角速度センサ
96  慣性角速度センサ
100  追跡制御
102  安定化制御
【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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