(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光光学系と、前記集光光学系の光軸上に光路が略４５°の角度を有して配設される第１の反射鏡が収容されるものであって、前記光軸と略同軸な第１の軸回りに回転可能に設けられた第１のハウジングと、
前記第１のハウジングの第１の軸に対して略直交する第２の軸に対して光路が略４５°の角度を有して配設される第２の反射鏡が収容されるものであって、前記第１のハウジングに対して第２の軸回りに回転可能に設けられた第２のハウジングと、
前記第１のハウジングを回転駆動して前記第２のハウジングと共に第１の軸回りに回転駆動する駆動手段と、
前記第１の軸を挟んで第２のハウジングと対向し、前記第１のハウジングに固定支持され、前記第２の軸回りに回転駆動する駆動アクチュエータと、
前記駆動アクチュエータの駆動力を前記第２のハウジングに伝達して前記第２のハウジングを前記第２の軸回りに回転駆動する回転力伝達手段と、
前記駆動手段を駆動制御して前記第１のハウジングを第１の軸回りに回転駆動し、且つ前記駆動アクチュエータを駆動制御して前記第２のハウジングを第２の軸回りに回転駆動して指向方向を制御する指向制御手段とを具備し、
前記回転力伝達手段は、駆動棒と固定棒からなり、前記駆動棒の一端は前記駆動アクチュエータを回転駆動可能に接合し、他端は前記第１のハウジング内に挿通させて前記第２のハウジング内において、前記固定棒直交する前記固定棒に接合し、前記固定棒は前記第２のハウジンに接合していることを特徴とする反射鏡駆動装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記第１の軸上に固定され、一端を前記駆動手段と結合し、他端を前記駆動アクチュエータと接合している連結梁部材をさらに備える、請求項１に記載の反射鏡駆動装置。
【請求項３】
前記第２のハウジング及び前記駆動アクチュエータ及び回転力伝達手段の総質量中心が略前記第１の軸上に位置するように配置したことを特徴とする請求項１に記載の反射鏡駆動装置。
【請求項４】
前記集光光学系は、光送信部及び光受信部に光結合されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の反射鏡駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星、宇宙ステーション、宇宙往還機等の宇宙航行体間、宇宙航行体と地上局との間において、空間伝搬を利用して光通信を行う光通信システムの光送受用光アンテナや、各種観測に供する観測用望遠鏡等に係り、特に、その反射鏡駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の宇宙開発の分野にあっては、地上局と宇宙航行体や宇宙航行体間に光通信システムを構築して、通信容量の大容量化を図り、通信の多様化を実現する構想がある。
【０００３】
このような光通信システムとしては、その構成上、在来からの方式と異なり、光伝送路として光ファイバケーブルを敷設することなく、通信光を空間伝搬を利用して相手局に送信して光通信を行う空間伝搬方式が考えられ、研究されている。この空間伝搬方式の光通信システムにおいては、通信相手局から送信され、空間を伝搬した微弱な光を、いわゆる光アンテナを用いて受信し、その通信光を集光光学系を介して後段の光送受信系に導いて、この光送受信系で光信号処理を施すことにより、光情報を取得する。この際、光アンテナは、略直交する例えば方位角及び仰角の如き二軸回りに角度調整して通信方向を指向制御される。
【０００４】
このような光学系の指向方向を制御する反射鏡駆動装置としては、例えば図７に示すように光送受信部（図示せず）と光結合された集光光学系１が固定ハウジング２に収容配置され、この固定ハウジング２は、支持構体３に固定配置される。そして、この固定ハウジング２には、第１のハウジング４が軸受４ａを介して光軸と略同軸の第１の軸４ｂ回りに回転可能に組み付けられる。この第１のハウジング４には、第１の反射鏡５が上記集光光学系１の光軸上に対して略４５°の光路を採って収容配置される。
【０００５】
そして、第１のハウジング４には、第２のハウジング６が軸受６ａを介して第１の軸４ｂと略直交する第２の軸６ｂ回りに回転可能に組み付けられる。第２のハウジング６には、その内部に第２の反射鏡７が第２の軸６ｂ上に対して略４５°の光路を採って収容配置され、その周囲部に光透過窓６ｃが第２の反射鏡７に対応して設けられる。
【０００６】
また、上記第１のハウジング４には、その周囲部に第１の駆動アクチュエータ８が取り付けられ。そして、第１のハウジング４は、その第１の駆動アクチュエータ８の例えばステータが駆動されると、ロータとの作用により、第１の軸４ｂ回りに回転駆動される。そして、第２のハウジング６には、同様に第２のアクチュエータ９が取り付けられる。そして、第２のハウジング６は、その第２の駆動アクチュエータ９の例えばステータが駆動されると、ロータとの作用により、第１の軸４ｂ回りに回転駆動される。
【０００７】
上記構成において、第１の駆動アクチュエータ８の駆動に連動して第１及び第２のハウジング４、６が第１の軸４ｂ回りに回転駆動されて第１及び第２の反射鏡５，７が第１の軸４ｂ回りに角度調整されて第２のハウジング６の光透過窓６ｃの第１の軸４ｂ回りの角度が設定される。そして、第２の駆動アクチュエータ９の駆動に連動して第２のハウジング６が第２の軸６ｂ回りに回転駆動されて第２の反射鏡７の光軸が第２の軸６ｂ回りに角度調整されて該第２のハウジング６の光透過窓６ｃの第２の軸６ｂ回りの角度が設定される。
【０００８】
ここで、第２のハウジング６の光透過窓６ｃは、図８に示すように第１及び第２のハウジング４，６を介して第１及び第２の軸４ｂ，６ｂ回りが回転制御されて所望の指向方向に指向され、該通信相手局（図示せず）からの通信光を第１の反射鏡５で受信すると、該通信光が第２の反射鏡７を経由して集光光学系１に導かれて上記光送受信系に出力されて信号処理される。
【０００９】
また、上記光送受信系から送信された通信光は、先ず、集光光学系１で集光された後、第１の反射鏡５、第２の反射鏡７を経由して上記通信相手局に向けて送信される。
【００１０】
しかしながら、上記反射鏡駆動装置では、その構成上、第２のハウジング６の質量中心が第１のハウジング４の第１の軸４ｂ回りから平行方向にずれたいわゆるオフセットされた状態で組み付けられるために、第１のハウジング４が第１の軸４ｂ回りに回転されると、その回転に連動して第２のハウジング６に並進外乱力が付与されることで、補強対策を施す必要があり、重量の増加と共に、その構成が複雑となるという問題を有する。また、第２のハウジング６の質量中心の第１の軸４ｂからのずれ量に応じて第１の駆動アクチュエータ８の駆動トルクを大きく設定する必要があるために、第１の駆動アクチュエータ８の大形化を招くという問題を有する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の反射鏡駆動装置では、構成が複雑で、重量が重くなると共に、アクチュエータが大形となるという問題を有する。
【００１２】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、小形・軽量化の促進を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な指向制御を実現し得るようにした反射鏡駆動装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、集光光学系と、この集光光学系の光軸上に光路が略４５°の角度を有して配設される第１の反射鏡が収容されるものであって、前記光軸と略同軸な第１の軸回りに回転可能に設けられた第１のハウジングと、この第１のハウジングの第１の軸に対して略直交する第２の軸に対して光路が略４５°の角度を有して配設される第２の反射鏡が収容されるものであって、前記第１のハウジングに対して第２の軸回りに回転可能に設けられた第２のハウジングと、前記第１のハウジングを回転駆動して前記第２のハウジングと共に第１の軸回りに回転駆動する駆動手段と、前記第１のハウジングに固定支持される駆動アクチュエータと、この駆動アクチュエータの駆動力を前記第２のハウジングに伝達して前記第２のハウジングを回転駆動する回転力伝達機構と、前記駆動手段を駆動制御して前記第１のハウジングを第１の軸回りに回転駆動し、且つ前記駆動アクチュエータを駆動制御して前記第２のハウジングを第２の軸回りに回転駆動して指向方向を制御する指向制御手段とを備えて反射鏡駆動装置を構成したものである。
【００１４】
上記構成によれば、第２のハウジングを駆動する駆動アクチュエータは、第１のハウジングに固定配置され、その駆動に連動して回転力伝達機構を介して第２のハウジングを第２の軸回りに回転駆動することにより、第２の反射鏡の指向方向を可変設定する。従って、第２のハウジング、駆動アクチュエータ及び回転力伝達機構の総質量中心を、略第１の軸に近づけることが可能となり、第１の軸回りの回転駆動にともなう第２のハウジングに対する並進外乱力の防止が図れ、しかも、駆動手段の駆動力の軽減化を図ることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、この発明の一実施の形態に係る反射鏡駆動装置を示すもので、反射鏡を含む集光光学系１０は、例えば光通信に供する光アンテナの光学系を構成し、固定ハウジング１１に収容される。この固定ハウジング１１は、支持構体１２に固定配置される。
【００１７】
そして、固定ハウジング１１には、第１のハウジング１３が軸受１７を介して集光光学系１０の光軸と略同軸の第１の軸１３１回りに回転可能に組み付けられる。この第１のハウジング１３には、その内部に第１の反射鏡１４が集光光学系１０の光路上に略４５°の傾斜角を採って配設される。そして、第１のハウジング１３の周囲部には、第１の駆動アクチュエータ１５が取り付けられる。そして、第１のハウジングは、その第１の駆動アクチュエータ１５が後述するように駆動されると、その回転力が伝達されて第１の軸１３１回りに回転駆動される。
【００１８】
また、第１のハウジング１３上には、第２のハウジング１６が軸受１７を介して上記第１の軸１３１に対して略直交する第２の軸１６１回りに回転可能に組み付けられる。この第２のハウジング１６には、その内部に第２の反射鏡１８が上記第１のハウジング１３の第１の反射鏡１４の光路に対応して略４５°の傾斜角を採って配設される。そして、この第２のハウジング１６には、光透過窓１６２が上記第２の反射鏡１８の光路に対応して設けられる（図２参照）。
【００１９】
上記第２のハウジング１６には、回転力伝達手段を構成する連結梁部材１９の一端が取り付けられ、この連結梁部材１９の他端は、第２の駆動アクチュエータ２０の駆動部に支持される。この第２の駆動アクチュエータ２０は、上記第１のハウジング１３上の第１の軸１３１を挟んで第２のハウジング１６と対向される位置に搭載される。これら第２のハウジング１６、連結梁部材１９及び第２の駆動アクチュエータ２０は、その総質量中心が、例えば略第１の軸１３１上に位置するように設定され、第１の軸１３１回りに回転駆動された状態で、いわゆる並進外乱力がほとんど加わることがない。
【００２０】
ここで、第２の駆動アクチュエータ２０は、その回転駆動に連動して連結梁部材１９を回転付勢して第２のハウジング１６を第１のハウジング１３に対して第２の軸１６１回りに回転駆動させる。
【００２１】
上記第１及び第２の駆動アクチュエータ１５、２０には、図３に示すように駆動回路２１が接続され、この駆動回路２１には、制御部２２が接続される。この制御部２２には、例えば光検出部２３が接続される。この光検出部２３には、例えば上記第２の反射鏡１８及び第１の反射鏡１４、集光光学系１０を介して受信された光が入力され、その第１及び第２の軸１３１、１６１回りの方向ずれ量を検出して制御部２２に出力する。
【００２２】
制御部２２は、光検出部２３の検出信号と上記第１及び第２の駆動アクチュエータ１５、２０の回転位置情報とに基づいて各制御信号を生成して駆動回路２１に制御信号を出力する。駆動回路２１は、入力した各制御信号に基づいて駆動信号を生成して第１及び第２の駆動アクチュエータ１５、２０を選択的に駆動制御する。ここで、第１の駆動アクチュエータ１５の駆動に連動して第１及び第２のハウジング１３、１６が第１の軸１３１回りに回転駆動されて第１及び第２の反射鏡１４、１８が第１の軸１３１回りに角度調整される。そして、第２の駆動アクチュエータの駆動に連動して第２のハウジングが第２の軸回りに回転駆動されて第２の反射鏡１８の光軸が第２の軸１６１回りに角度調整され、所望の指向方向に指向される。
【００２３】
なお、図中２４は、光送受信部で、第２の反射鏡１８、第１の反射鏡１４及び集光光学系１０を介して受信した光信号を受信すると共に、選択的に光信号を集光光学系１０、第１の反射境１４及び第２の反射鏡１８を介して指向方向に送信する。
【００２４】
そして、上記第１及び第２の反射鏡１４、１８としては、双方を平面鏡で形成したり、あるいは、第２の反射鏡１８をオフセット放物面形状に形成したり、各種の構成が可能である。
【００２５】
上記構成において、第１及び第２のハウジング１３、１６は、第１の駆動アクチュエータ１５が駆動されると、その回転力により第１の軸１３１回りに回転駆動される。そして、第２の駆動アクチュエータ２０が回転駆動されると、その回転力が連結梁部材１９を介して第２のハウジング１６に付与されて第２の軸１６１回りに回転駆動される。ここで、第２のハウジング１６の光透過窓１６２が所望の方向に指向制御されると共に、第１及び第２の反射鏡１４、１８の光路が可変設定される。
【００２６】
このように、上記反射鏡駆動装置は、固定ハウジング１１上に略４５°の光路を有する第１の反射鏡１４を収容した第１のハウジング１３を第１の軸１３１回りに回転可能に組み付けて、この第１のハウジング１３上に略４５°の光路を有する第２の反射鏡１８を収容した第２のハウジング１６を第１の軸１３１と略直交する第２の軸１６１回りに回転可能に設け、第１のハウジング１３を第１の駆動アクチュエータ１５で回転駆動し、且つ、第２のハウジング１６を回転駆動する第２の駆動アクチュエータ２０を、第１のハウジング１３の第１の軸１３１を挟んで第２のハウジング１６と対向する位置に搭載して、この第２の駆動アクチュエータ２０の駆動力を連結梁部材１９を介して第２のハウジング１６に伝達して第２の軸１６１回りに回転駆動するように構成した。
【００２７】
これによれば、第２のハウジング１６、第２の駆動アクチュエータ２０及び回転力伝達機構を構成する連結梁部材１９の総質量中心を、略第１の軸１３１に近づけることが可能となり、第１の軸１３１回りの回転駆動にともなう第２のハウジング１３に対する並進外乱力の発生の軽減化が図れると共に、第１の駆動アクチュエータ１５の駆動力の軽減化を図ることができるため、小形・軽量化の促進を図ったうえで、高精度な指向制御が実現される。
【００２８】
なお、この発明は、上記実施の形態の限ることなく、その他、図４乃至図６に示すように構成してもよい。但し、図４乃至図６においては、上記図１と同一部分については、同一符号を付して、その説明については省略する。
【００２９】
即ち、図４は、第２の駆動アクチュエータ２０を第１のハウジング１３の第１の軸１３１を挟んで第２のハウジング１６と略対称な位置に搭載する。そして、この第２の駆動アクチュエータ２０のステータ側には、例えば光を吸収するつや消しの黒色塗装を施した駆動棒３０の一端を回転駆動可能に結合し、この駆動棒３０を第１のハウジング１６内を挿通させて第２のハウジング１６の内壁に結合させる。ここで、駆動棒３０は、上記第２のハウジング１６の回転駆動軸を構成する第２の軸１６１を形成し、第２の駆動アクチュエータ２０の駆動に連動して第２のハウジング１６を駆動棒３０（第２の軸１６１）を中心として回転駆動させて第２の軸１６１回りの角度を可変設定する。
【００３０】
なお、図４においては、第１のハウジング１３は、第１の駆動アクチュエータ１５の駆動に連動して第２のハウジング１６とともに第１の軸１３１回りに回転駆動される。
【００３１】
図５は、略図４の構成と同様に第２の駆動アクチュエータ２０を第１のハウジング１３の第１の軸１３１を挟んで第２のハウジング１６と略対称な位置に搭載する。そして、この第２の駆動アクチュエータ２０のステータ側には、例えば光を吸収するつや消しの黒色塗装を施した駆動棒３０の一端を回転駆動可能に結合して、この駆動棒３０の先端部を第１のハウジング１６内を挿通させて第２のハウジング１６内において、駆動棒３０と略直交する固定棒３０１を介して第２のハウジング１６に結合させる。固定棒３０１は、例えば上記駆動棒３０と略同様に光を吸収するつや消しの黒色塗装が施される。
【００３２】
ここで、駆動棒３０は、固定棒３０１と協働して上記第２のハウジング１６の回転駆動軸を構成する第２の軸１６１を形成し、第２の駆動アクチュエータ２０の駆動に連動して第２のハウジング１６を駆動棒３０（第２の軸１６１）及び固定棒を中心として回転駆動させて第２の軸１６１回りの角度を可変設定する。
【００３３】
また、図６は、第１の駆動アクチュエータ３１を支持部材３２を介して第１のハウジング１３の第１の軸１３１上に位置するように上記支持構体１２に固定配置して、この第１の駆動アクチュエータ３１の例えば駆動部に連結梁部材３３の一端を結合する。そして、この連結梁部材３３の他端は、上記第２のハウジング１６に搭載した上記第２の駆動アクチュエータ２０の固定側に結合させる。
【００３４】
上記構成により、第１の駆動アクチュエータ３１が駆動されると、その駆動力が連結梁部材３３を介して第２の駆動アクチュエータ２０に伝達され、第２の駆動アクチュエータ２０を介して第１のハウジング１３を回転駆動させて、第２のハウジング１６と一体的に第１の軸１３１回りに回転させて第１の軸１３１回りが可変設定される。
【００３５】
さらに、上記実施の形態では、光アンテナに適用した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、各種の観測を行うのに用いる観測用望遠鏡等においても適用可能であり、略同様の効果が期待される。
【００３６】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００３７】
例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にして、小形・軽量化の促進を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な指向制御を実現し得るようにした反射鏡駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図２】図１の外観を示した図である。
【図３】図１の制御系の回路構成を示したブロック図である。
【図４】この発明の他の実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図５】この発明の他の実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係る反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図７】従来の反射鏡駆動装置の要部構成を示した断面図である。
【図８】図５の光路を説明するために示した光路図である。
【符号の説明】
１０  …  集光光学系。
１１  …  固定ハウジング。
１２  …  支持構体。
１３  …  第１のハウジング。
１３１  …  第１の軸。
１４  …  第１の反射鏡。
１５  …  第１の駆動アクチュエータ。
１６  …  第２のハウジング。
１６１  …  第２の軸。
１６２  …  光透過窓。
１７  …  軸受。
１８  …  第２の反射鏡。
１９  …  連結梁部材。
２０  …  第２の駆動アクチュエータ。
２１  …  駆動回路。
２２  …  制御部。
２３  …  光検出部。
２４  …  光送受信部。
３０  …  駆動棒。
３０１  …  固定棒。
３１  …  第１の駆動アクチュエータ。
３２  …  支持部材。
３３  …  連結梁部材。
【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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