(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナの仰角駆動軸を支持するアンテナ架台と、このアンテナ架台の上部に設けた位置を表す第１のレーザポインタと、この第１のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の底部に設けた第１のイメージセンサと、上記アンテナ架台の底部に設けた位置を表す第２のレーザポインタと、この第２のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の上部に設けた第２のイメージセンサと、上記第１及び第２のイメージセンサで撮像した上記第１及び第２のレーザポインタの位置を算出する位置算出部と、この位置算出部により算出したレーザポインタの位置と、上記アンテナ架台の上部と上記アンテナ架台の底部との既知の距離とに基づいて、上記アンテナ架台の上部の並行変位と傾斜を算出する変位傾斜算出部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
アンテナの仰角駆動軸を支持するアンテナ架台と、このアンテナ架台の上部の左右においてそれぞれ設けた位置を表す第１のレーザポインタと、これらの第１のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の底部の左右においてそれぞれ設けた第１のイメージセンサと、上記アンテナ架台の底部の左右においてそれぞれ設けた位置を表す第２のレーザポインタと、これらの第２のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の上部の左右においてそれぞれ設けた第２のイメージセンサと、上記第１及び第２のイメージセンサで撮像した上記第１及び第２のレーザポインタの位置を算出する位置算出部と、この位置算出部により算出したレーザポインタの位置と、上記アンテナ架台の上部と上記アンテナ架台の底部との既知の距離とに基づいて、上記アンテナ架台の上部の左右の並行変位と傾斜を算出する変位傾斜算出部と、この変位傾斜算出部により算出した上記アンテナ架台の上部の左右の並行変位と傾斜に基づいて、上記アンテナの指向誤差を算出する指向誤差算出部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ装置において、さらに、上記指向誤差算出部により算出した上記アンテナの指向誤差に基づいて、上記アンテナを方位角又は仰角軸まわりに駆動し、上記アンテナの指向方向を補正するアンテナ駆動部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項２に記載のアンテナ装置において、さらに、上記指向誤差算出部により算出した上記アンテナの指向誤差に基づいて、副反射鏡を駆動し、上記アンテナの指向方向を補正する副反射鏡駆動部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項２に記載のアンテナ装置において、さらに、上記指向誤差算出部により算出した上記アンテナの指向誤差に基づいて、高速駆動鏡を駆動し、上記アンテナの指向方向を補正する高速駆動鏡駆動部とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、精密計測技術分野において、測定基準部に対する被測定部の相対的な並行変位及び傾斜を測定する測定機、並びにこの測定機を備えて指向誤差を補正するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電波天文学の分野では、近年になってミリ波からサブミリ波へとより高い周波数の電波を観測するという要求が高まってきている。高い周波数の電波天体の観測を行う場合、望遠鏡の反射鏡面とビームの指向追尾はより高い精度が必要となる。一方では、観測効率を高めるために、望遠鏡の大口径化が進み、また、昼夜のあらゆる天候で観測を実施できることが望まれている。口径が大きくなることによって、望遠鏡の自重変形が大きくなったり、また、日射による熱変形や風圧による変形が大きくなるため、高い指向追尾精度を得ることが困難となる。このような高い指向追尾精度の要求を満足するためには、望遠鏡の反射鏡の指向誤差をリアルタイムに測定し、補正する技術が必要となる。
【０００３】
図６は、例えば特開平３−３４０２号公報に示された従来のアンテナ角度検出装置の構成図である。図６において、１は主反射鏡、２はアンテナ架台、３はアンテナのＡＺ角度検出器であり、アンテナ架台２に固定されている。４はアンテナのＥＬ角度検出器、５はＥＬ角度検出器４と同型のＥＬ角度検出器、あるいはＥＬ角度検出器と同じケースのみを有するマウントである。６はＡＺ角度検出器３の上部に設けられた２台の光ビーム発生器、７はＥＬ角度検出器４及び５上に設けられたＡＺ軸用光位置検出器であり、このＡＺ軸用光位置検出器７に光ビーム発生器６からのビームが照射される。また、８はＥＬ角度検出器４及び５上に設けられた光ビーム発生器、９はＡＺ角度検出器３上に設けられたＥＬ軸用光位置検出器であり、このＥＬ軸用光位置検出器９に光ビーム発生器８からのビームが照射される。ＡＺ軸用光位置検出器７及びＥＬ軸用光位置検出器９は２分割の光ダイオードにより構成されており、Ｙ軸方向のビームの偏差にのみ感知するように設置されている。
【０００４】
次に動作について説明する。アンテナ架台２が変形すると、軸回りのねじれ変形と並行変形が生じる。図６に示す装置においては、ＡＺ軸用に２セットの光ビーム発生器６とＡＺ軸用光位置検出器７が、ＥＬ軸用に２セットの光ビーム発生器８とＡＺ軸用光位置検出器９が設けられており、２セットのＡＺ軸用光位置検出器７の出力の差からＡＺ軸のねじれ量を求め、また、２セットのＥＬ軸用光位置検出器９の出力の和とＡＺ軸用光位置検出器７の出力の和との差からＥＬ軸のねじれ量を求めている。このようにして検出された各軸のねじれ量をそれぞれＥＬ角度検出器４、５、及びＡＺ角度検出器３で検出された角度信号に加減算して真のアンテナ指向方向を求めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ角度検出装置は以上のように構成されているので、光位置検出器と光ビーム発生器とをＥＬ角度検出器及びＡＺ角度検出器上に設置しなければならず、これらの機器配置がアンテナ構造上の制約となるという問題点があった。また、使用される検出器が光ビームを検出する光位置検出器であったため、測定場所の変位を示すマーカは、高出力の光ビーム発生器でなくてはならない制約があるという問題点があった。また、従来のアンテナ角度検出装置は、検出された真の指向により各軸の角度検出器の出力を補正しているが、角度検出器の出力を補正するだけでは、特に高周波の指向誤差を補正することができず、高精度なアンテナの指向追尾精度を得ることができないという問題点もあった。
【０００６】
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、測定機器配置の制約が少なく、被測定部の並行変位と傾斜を測定できる並行変位傾斜測定機と、この並行変位傾斜測定機を用いてアンテナ指向誤差を補正するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るアンテナ装置は、アンテナの仰角駆動軸を支持するアンテナ架台と、このアンテナ架台の上部に設けた位置を表す第１のレーザポインタと、この第１のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の底部に設けた第１のイメージセンサと、上記アンテナ架台の底部に設けた位置を表す第２のレーザポインタと、この第２のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の上部に設けた第２のイメージセンサと、上記第１及び第２のイメージセンサで撮像した上記第１及び第２のレーザポインタの位置を算出する位置算出部と、この位置算出部により算出したレーザポインタの位置と、上記アンテナ架台の上部と上記アンテナ架台の底部との既知の距離とに基づいて、上記アンテナ架台の上部の並行変位と傾斜を算出する変位傾斜算出部とを備えたものである。
【０００９】
請求項２の発明に係るアンテナ装置は、アンテナの仰角駆動軸を支持するアンテナ架台と、このアンテナ架台の上部の左右においてそれぞれ設けた位置を表す第１のレーザポインタと、これらの第１のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の底部の左右においてそれぞれ設けた第１のイメージセンサと、上記アンテナ架台の底部の左右においてそれぞれ設けた位置を表す第２のレーザポインタと、これらの第２のレーザポインタに対向して上記アンテナ架台の上部の左右においてそれぞれ設けた第２のイメージセンサと、上記第１及び第２のイメージセンサで撮像した上記第１及び第２のレーザポインタの位置を算出する位置算出部と、この位置算出部により算出したレーザポインタの位置と、上記アンテナ架台の上部と上記アンテナ架台の底部との既知の距離とに基づいて、上記アンテナ架台の上部の左右の並行変位と傾斜を算出する変位傾斜算出部と、この変位傾斜算出部により算出した上記アンテナ架台の上部の左右の並行変位と傾斜に基づいて、上記アンテナの指向誤差を算出する指向誤差算出部とを備えたものである。
【００１０】
請求項３の発明に係るアンテナ装置は、請求項２の発明に係るアンテナ装置において、さらに、上記指向誤差算出部により算出した上記アンテナの指向誤差に基づいて、上記アンテナを方位角又は仰角軸まわりに駆動し、上記アンテナの指向方向を補正するアンテナ駆動部とを備えたものである。
【００１１】
請求項４の発明に係るアンテナ装置は、請求項２の発明に係るアンテナ装置において、さらに、上記指向誤差算出部により算出した上記アンテナの指向誤差に基づいて、副反射鏡を駆動し、上記アンテナの指向方向を補正する副反射鏡駆動部とを備えたものである。
【００１２】
請求項５の発明に係るアンテナ装置は、請求項２の発明に係るアンテナ装置において、さらに、上記指向誤差算出部により算出した上記アンテナの指向誤差に基づいて、高速駆動鏡を駆動し、上記アンテナの指向方向を補正する高速駆動鏡駆動部とを備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る並行変位傾斜測定機を図１によって説明する。図１は、実施の形態１に係る並行変位傾斜測定機の一例を示す構成図である。図１において、１０は変位及び傾斜を測定する被測定部、１１は測定基準となる測定基準部である。１２ａ及び１２ｂはマーカとなるレーザポインタ、１３ａ及び１３ｂはレーザポインタ１２ａ及び１２ｂの像を撮影する２次元イメージセンサ、１４ａ及び１４ｂはイメージセンサ１３ａ及びイメージセンサ１３ｂが出力する画像データである。１５は画像データ１４ａ及び１４ｂからレーザポインタ１３ａ及び１３ｂからのレーザ光の重心位置を算出する位置算出部であり、画像データ１４ａ及び１４ｂはそれぞれ、重心位置算出回路１５ａ及び１５ｂに入力されて、重心位置が算出される。１６ａ及び１６ｂは重心位置算出回路１５ａ及び１５ｂによって算出されるレーザ光の重心位置データであり、１７は重心位置データ１６ａ及び１６ｂから被測定部の変位と傾斜を算出する変位傾斜算出部である。
【００１４】
次に変位及び傾斜の測定原理について説明する。図２において、１８ａ及び１８ｂはイメージセンサ１３ａ及び１３ｂの画像である。図２は設置初期の状態、図３は並行変位 △Ｘが生じた状態、図４は回転θｙが生じた状態である。イメージセンサは２次元平面においてレーザ光の位置変位を検出するが、レーザポインタとイメージセンサを上下に設置したものを１測定系として、レーザ光が相反する方向に照射するように、２測定系を配置する。このとき、図１に示されるように測定基準部にはレーザポインタとイメージセンサを１個ずつ、また同様に被測定部にはレーザポインタとイメージセンサを１個ずつ配置する。これらの２測定系による測定結果に基づいて、被測定部の並行変位 △Ｘと傾斜θを分離して算出する。
【００１５】
図３に示すようにＸ軸方向に △Ｘだけ変位した場合において、画像１８ａと１８ｂのレーザ光の位置をＰ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）とすると、
【００１６】
【数１】
0003903836.tif 000002
【００１７】
となる。一方、図４に示すようにＹ軸回りに △θｙだけ回転した場合には、被測定部１０と測定基準部１１との距離Ｌが十分に大きいときは、Ｘ２のみ値が変化し、
【００１８】
【数２】
0003903836.tif 000003
【００１９】
となる。これらのことから、変位 △Ｘと回転 △θが同時に生じた場合、
【００２０】
【数３】
0003903836.tif 000004
【数４】
0003903836.tif 000005
【００２１】
となり、式（４）より △θｙは、
【００２２】
【数５】
0003903836.tif 000006
【００２３】
と求まり、式（３）によって並行変位を、式（５）によって回転を求めることができる。
【００２４】
なお、イメージセンサ１３ａ及びイメージセンサ１３ｂによって測定されるレーザ光の位置は、レーザポインタ１２ａ及びレーザポインタ１２ｂからのレーザ光が十分に細ければ、イメージセンサ１３ａ及びイメージセンサ１３ｂ上の画素により、その位置が測定され、この画素位置を重心位置算出回路１５ａ及び重心位置算出回路１５ｂから出力すれば良い。しかし、実際にはイメージセンサの画素サイズよりもレーザポインタのレーザ光が太く、イメージセンサの複数の画素に亘って、レーザ光が照射される。この場合、レーザ光がイメージセンサ上のどの画素を中心に照射されているかを求める手段として、重心位置を求めることになる。このレーザ光の重心位置を求める方法は、各画素におけるイメージセンサの出力値と中心位置からの距離との積の総和が０となる点を重心位置（重心画素）とする方法がある。例えば、イメージセンサの出力を１と０とで表現した場合には、レーザ光の重心位置はレーザ光の照射範囲の面心位置ということになる。
【００２５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置を図５によって説明する。図５は本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の一例を示す構成図である。図５において、１９はアンテナの仰角軸（ＥＬ軸）であり、２０はアンテナの方位軸（ＡＺ軸）である。２１ａ及び２１ｂは仰角軸１９上に設けられたＥＬ軸ベアリングであり、このＥＬ軸ベアリング２１ａ及び２１ｂは、アンテナ架台２に対してアンテナ１が仰角軸１９まわりに回転できるように支持する。２２はＡＺ軸ベアリングであり、このＡＺ軸ベアリング２２はアンテナ架台２を方位軸まわりに回転自在に支持する。２３ａ及び２３ｂはＥＬ軸ベアリング２１ａ及び２２ｂの下部に位置し、アンテナ架台２の上部におけるアンテナ支持部である。このアンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂは実施の形態１における被測定部１ａおよび１ｂに相当する部分である。２４ａ及び２４ｂはＡＺ軸ベアリング２２の上部に位置し、アンテナ架台２の底部におけるアンテナ架台取付部である。このアンテナ架台２の底部２４ａ及び２４ｂは実施の形態１における測定基準部に相当する部分である。２５はマーカとなるレーザポインタ、２６はレーザポインタの像を撮影する２次元イメージセンサである。このレーザポインタ２５とイメージセンサ２６は、アンテナ架台２の上部２３ａと２３ｂ、及びアンテナ架台２の底部２４ａと２４ｂの計４箇所に設けられている。レーザポインタ２５とそのレーザ光を照射するイメージセンサ２６との組は、図５の矢印付き点線でレーザ光の照射を示すように、上下で１組とする。
【００２６】
さらに図５において、２７は４台のイメージセンサ２６からの画像データである。２８は変位傾斜算出部１７によって算出されたアンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂの変位及び傾斜データであり、２９は変位及び傾斜傾斜データ２８から指向誤差を算出する指向誤差算出部である。３０は指向誤差算出部２９により算出された指向誤差に基づいて、アンテナ１を方位角及び仰角軸まわりに駆動するアンテナ駆動部、３１は指向誤差算出部２９により算出された指向誤差に基づいて、副反射鏡を駆動する副反射鏡駆動部、３２は指向誤差算出部２９により算出された指向誤差に基づいて、指向方向を高速駆動可能な鏡を駆動する高速駆動鏡駆動部である。なお、図２において図１と同一の符号を付した部分は、図１のそれらの部分と同一又は相当する部分を示す。
【００２７】
実施の形態２においては、測定基準部を、アンテナ指向誤差の原因となる変形が少ないアンテナ架台２の底部２４ａ及び２４ｂとする。また、被測定部を、アンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂとする。アンテナ装置全体の熱変形や、風圧による変形を生じた場合に、このアンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂにおいて、並行変位や傾斜が生じ、この並行変位や傾斜によってアンテナの指向方向が変化すると考えられる。これらの２３ａ、２３ｂ、２４ａ及び２４ｂの各個所にレーザポインタ２５とイメージセンサ２６を配置する。レーザポインタ２５とイメージセンサ２６は測定基準部と被測定部とにおいて対向して設け、これを１セット（図５の矢印付き点線によって結ばれる上下のレーザポインタとイメージセンサとで１セット）として、アンテナ架台２の左右に各２セット、合計４セットを設ける。
【００２８】
このようにレーザポインタとイメージセンサとを設けることによって、アンテナ架台２の左右の被測定部、即ちアンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂのそれぞれの並行変位及び傾斜を算出することができる。これは例えばアンテナ架台２の上部２３ａと底部２４ａについて見れば、図１に示す並行変位傾斜測定機を構成しており、この測定機によって被測定部の並行変位及び傾斜を算出する手段と方法については実施の形態１に述べたとおりである。さらに、アンテナ架台２の上部２３ｂと底部２４ｂについて見ても同様である。
【００２９】
指向誤差算出部２９は、アンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂにおいて測定され算出された並行変位及び傾斜に基づいて、アンテナ指向誤差を算出する。アンテナ架台２の上部２３ａ及び２３ｂにおいて測定され算出されたＸ軸まわり（仰角軸まわり）の傾斜量を △θｘａ、 △θｘｂとすると、ＥＬ軸まわりの指向誤差θｘ、及びＡＺ軸まわりの指向誤差θｚは次の式によって計算される。
【００３０】
【数６】
0003903836.tif 000007
【数７】
0003903836.tif 000008
【００３１】
このように算出された指向誤差に基づいて、アンテナ駆動部３０はアンテナを方位角及び仰角軸まわりにフィードバック駆動し、指向誤差を補正する。また、高周波数で変化する指向誤差に対しては、アンテナ１やアンテナ架台２に比べて、質量や感性モーメントの小さい副反射鏡を駆動する副反射鏡駆動部３１によって、或いは高速駆動鏡を駆動する高速駆動鏡駆動部３２によって、これらの鏡をフィードバック駆動し、指向誤差を補正する。
【００３２】
なお、実施の形態１及び実施の形態２においては、イメージセンサのマーカーとしてレーザポインタを用いているが、イメージセンサのマーカーとしては画像の違いが認識できる色の違うシールのようなマーカーを用いることもできるので、従来技術において使用される測定系に比較して、汎用性が広くなる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る発明によれば、アンテナ架台の上部と底部において、それぞれ対向してレーザポインタとイメージセンサとを配置するので、これらの測定機器の配置上の制約が少なく、アンテナ架台上部の並行変位と傾斜を測定することができ、より高精度にアンテナの指向誤差を計算することができる。
【００３５】
この発明の請求項２に係る発明によれば、アンテナ架台の上部の左右と底部の左右において、それぞれ対向してレーザポインタとイメージセンサとを配置するので、これらの測定機器の配置上の制約が少なく、より高精度にアンテナ指向誤差を計算することができる。
【００３６】
この発明の請求項３乃至５に係る発明によれば、アンテナ架台の上部の左右と底部の左右において、それぞれ対向してレーザポインタとイメージセンサとを配置し、算出したアンテナ指向誤差に基づいてアンテナ指向方向を補正するので、高精度なアンテナ追尾精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る並行変位傾斜測定機の一例を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る並行変位傾斜測定機の原理を示す模式図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る並行変位傾斜測定機の原理を示す模式図である。
【図４】  この発明の実施の形態１に係る並行変位傾斜測定機の原理を示す模式図である。
【図５】  この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の一例を示す構成図である。
【図６】  従来のアンテナ角度検出装置の構成図である。
【符号の説明】
１２ａ  第２のマーカー
１２ｂ  第１のマーカー
１３ａ  第１のイメージセンサ
１３ｂ  第２のイメージセンサ
１５  位置算出部
１７  変位傾斜算出部
２５  マーカー
２６  イメージセンサ
２９  指向誤差算出部
３０  アンテナ駆動部
３１  副反射鏡駆動部
３２  高速駆動鏡駆動部
【図１】
0003903836.tif 000009
【図２】
0003903836.tif 000010
【図３】
0003903836.tif 000011
【図４】
0003903836.tif 000012
【図５】
0003903836.tif 000013
【図６】
0003903836.tif 000014