專利名稱：一種地平式望遠鏡消視場旋轉機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地平式望遠鏡的技術領域，特別涉及一種地平式望遠鏡消視場旋轉機構。地平式望遠鏡由于結構簡單，加工裝調方便，外場安裝方便等優(yōu)點，因此目前很多望遠鏡采用地平式，尤其是大型望遠鏡。但地平式望遠鏡在跟蹤恒星過程中存在視場旋轉問題，使CCD相機獲取恒星圖像模糊，本發(fā)明主要用于解決該問題，通過望遠鏡跟蹤恒星過程中實時旋轉相機，以消除視場旋轉影響，無論積分時間長短，均可保證CCD獲取清晰恒星圖像。
背景技術：
早期由于計算機技術不發(fā)達，望遠鏡多采用赤道式望遠鏡，機架有兩根互相垂直的旋轉軸，一根轉軸與地球的自轉軸平行，稱為極軸，另一根垂直于極軸，稱為赤緯軸，繞極軸和赤緯軸旋轉可以使望遠鏡指向不同的天區(qū)。赤道式望遠鏡的優(yōu)點是在跟蹤恒星過程中，利用極軸的勻速轉動來跟蹤恒星(速度約為15" /S)，由于赤道式望遠鏡的視場上星體 位置沒有相對轉動，因此恒星在CCD相機上成像后位置始終保持不變。赤道式望遠鏡的缺點是機械結構復雜、安裝復雜以及造價昂貴。隨著計算機技術迅猛發(fā)展，很多望遠鏡采用地平式機架。地平式機架也有兩根互相垂直的旋轉軸垂直軸和水平軸，水平軸與觀測點水平面平行，垂直軸與水平軸垂直并指向天頂。由于地平式望遠鏡各運動軸線與地球自轉軸不再平行，因此在跟蹤恒星過程中，不能簡單的用一根軸的旋轉運動來補償，需通過計算機控制垂直軸和水平軸同時運動。另外，在系統(tǒng)跟蹤恒星過程中，將有視場旋轉問題。消像旋目前主要有以下幾種方法光學消像旋、物理消像旋、電子消像旋、數字消像旋等。光學消像旋是在成像器件之前沿光軸方向安裝消旋棱鏡，物理消像旋是直接控制CCD成像器件按系統(tǒng)光軸旋轉，這兩種方法在像旋產生的同時對其直接抵消，但結構設計裝調相對復雜。電子消像旋是利用硬件處理將數字圖像旋轉，數字消像旋是利用軟件算法將數字圖像旋轉，二者都采用算法處理，存在時間延遲、圖像精度降低、信噪比下降等問題。另外由于光學消像旋需在光路中增加額外的消旋棱鏡，增加光學設計難度和系統(tǒng)復雜度，因此目前很多采用物理消旋，即直接旋轉CCD相機，本發(fā)明所介紹的也是物理消像旋。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是在望遠鏡跟蹤恒星過程中，通過直接旋轉CCD相機，以消除視場旋轉問題，使積分時間內所有恒星在CCD上所成像始終為清晰點像，并且星像位置在CXD探測器上始終保持不動。本發(fā)明為了解決上述的技術問題采用的技術方案為一種地平式望遠鏡消視場旋轉機構，其特征在于該機構包括交叉滾柱軸承、主動直齒圓柱齒輪、從動直齒圓柱齒輪、金屬反射式圓光柵編碼器、渦輪、蝸桿、步進電機和CCD相機；所述的步進電機用于驅動蝸桿、蝸桿驅動渦輪、渦輪驅動主動直齒圓柱齒輪，主動直齒圓柱齒輪驅動從動直齒圓柱齒輪轉動，以帶動CCD相機旋轉；所述的主動、從動直齒圓柱齒輪以及渦輪、蝸桿采用兩級傳動以實現(xiàn)較大的傳動比；所述的金屬反射式圓光柵編碼器用于CCD相機旋轉過程中旋轉角度的測量；所述的金屬反射式圓光柵編碼器、CCD相機與交叉滾柱軸承同軸安裝，CCD相機光敏面與CCD相機旋轉軸垂直，由于旋轉過程中通過金屬反射式圓光柵編碼器實時測角進行位置反饋，該編碼器分辨率及測量精度優(yōu)于3角秒；所述的交叉滾柱軸承可承受較大的徑向和軸向載荷，其在采用單個交叉滾柱軸承的情況下，雖然金屬反射式圓光柵編碼器、CCD相機與交叉滾柱軸承組成的旋轉機構重心與交叉滾柱軸承旋轉中心并不重合，仍可保證旋轉過程中CCD相機光敏面不發(fā)生傾斜，始終與CCD相機旋轉軸垂直，即可保證CCD相機旋轉過程中不發(fā)生離焦現(xiàn)象。本發(fā)明和現(xiàn)有技術相比有以下優(yōu)點①、本發(fā)明由于在旋轉過程中采用金屬反射式圓光柵編碼器實時測角進行位置反 饋，因此可實現(xiàn)較高的旋轉定位精度。②、本發(fā)明軸承采用交叉滾柱軸承，在采用單個軸承的情況下，仍可保證較高的旋轉精度。


圖I為消旋控制流程圖；圖2為消像旋機構正視圖；圖3為消像旋機構左視圖；圖4為消像旋機構局部剖視圖。圖中1為交叉滾柱軸承；2為從動直齒圓柱齒輪；3為金屬反射式圓光柵編碼器；4為主動直齒圓柱齒輪；5為渦輪；6為蝸桿；7為步進電機。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。本發(fā)明提供一種地平式望遠鏡消視場旋轉機構，該機構包括交叉滾柱軸承I、從動直齒圓柱齒輪2，主動直齒圓柱齒輪4、金屬反射式圓光柵編碼器3、渦輪5、蝸桿6、步進電機7和CCD相機；所述的步進電機7用于驅動蝸桿6、蝸桿6驅動渦輪5、渦輪5驅動主動直齒圓柱齒輪4，主動直齒圓柱齒輪4驅動從動直齒圓柱齒輪2轉動，以帶動CCD相機旋轉；所述的主動、從動直齒圓柱齒輪以及渦輪、蝸桿采用兩級傳動以實現(xiàn)較大的傳動比；所述的金屬反射式圓光柵編碼器3用于CCD相機旋轉過程中旋轉角度的測量；所述的金屬反射式圓光柵編碼器3、(XD相機與交叉滾柱軸承I同軸安裝，C⑶相機光敏面與CCD相機旋轉軸垂直，由于旋轉過程中通過金屬反射式圓光柵編碼器3實時測角進行位置反饋，該編碼器分辨率及測量精度優(yōu)于3角秒；所述的交叉滾柱軸承I可承受較大的徑向和軸向載荷，其在采用單個交叉滾柱軸承的情況下，雖然金屬反射式圓光柵編碼器3、CCD相機與交叉滾柱軸承I組成的旋轉機構重心與交叉滾柱軸承旋轉中心并不重合，仍可保證旋轉過程中CCD相機光敏面不發(fā)生傾斜，始終與CCD相機旋轉軸垂直，即可保證CCD相機旋轉過程中不發(fā)生離焦現(xiàn)象。當地平式望遠鏡跟蹤恒星時，視場旋轉角度公式為
權利要求
1.一種地平式望遠鏡消視場旋轉機構，其特征在于該機構包括交叉滾柱軸承(I)、從動直齒圓柱齒輪(2)、主動直齒圓柱齒輪(4)、金屬反射式圓光柵編碼器(3)、渦輪(5)、蝸桿(6)、步進電機(7)和C⑶相機； 所述的步進電機(7)用于驅動蝸桿(6)、蝸桿(6)驅動渦輪(5)、渦輪(5)驅動主動直齒圓柱齒輪(4)，主動直齒圓柱齒輪(4)驅動從動直齒圓柱齒輪(2)轉動，以帶動CCD相機旋轉；所述的傳動采用主動、從動直齒圓柱齒輪以及渦輪、蝸桿兩級，以實現(xiàn)較大的傳動比；所述的金屬反射式圓光柵編碼器(3)用于CCD相機旋轉過程中旋轉角度的測量； 所述的金屬反射式圓光柵編碼器(3)、CCD相機與交叉滾柱軸承(I)同軸安裝，CCD相機光敏面與CCD相機旋轉軸垂直，由于旋轉過程中通過金屬反射式圓光柵編碼器(3)實時測角進行位置反饋，該編碼器分辨率及測量精度優(yōu)于3角秒；所述的交叉滾柱軸承(I)可承受較大的徑向和軸向載荷，其在采用單個交叉滾柱軸承的情況下，雖然金屬反射式圓光柵編碼器(3)、CCD相機與交叉滾柱軸承(I)組成的旋轉機構重心與交叉滾柱軸承旋轉中心并不重合，仍可保證旋轉過程中CCD相機光敏面不發(fā)生傾斜，始終與CCD相機旋轉軸垂直，即可保證CCD相機旋轉過程中不發(fā)生離焦現(xiàn)象。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地平式望遠鏡消視場旋轉機構，包括交叉滾柱軸承(1)、直齒圓柱齒輪(2，4)、金屬反射式圓光柵編碼器(3)、渦輪(5)、蝸桿(6)、步進電機(7)和CCD相機，編碼器與軸承同軸安裝，CCD相機光敏面與旋轉軸垂直，當望遠鏡在跟蹤恒星過程中，根據望遠鏡實時指向位置方位角A和高低角E，按照視場旋轉的理論模型計算出旋轉角度，實時驅動該機構帶動CCD相機旋轉，以消除地平式望遠鏡在跟蹤恒星過程中存在的視場旋轉現(xiàn)象，使積分時間內所有恒星在CCD上所成像始終為清晰點像，并且星像位置在CCD探測器上始終保持不動。本發(fā)明軸承采用交叉滾柱軸承，旋轉過程中采用金屬圓光柵實時測角進行位置反饋，可實現(xiàn)較高的旋轉定位精度。
文檔編號G02B23/12GK102879897SQ20121034443
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權日2012年9月17日
發(fā)明者李曉燕, 莊富強, 王岱, 李艷平 申請人:中國科學院光電技術研究所