[发明专利]一种地平式望远镜消视场旋转机构

说明书

技术领域

本发明涉及地平式望远镜的技术领域，特别涉及一种地平式望远镜消视场旋转机构。地平式望远镜由于结构简单，加工装调方便，外场安装方便等优点，因此目前很多望远镜采用地平式，尤其是大型望远镜。但地平式望远镜在跟踪恒星过程中存在视场旋转问题，使CCD相机获取恒星图像模糊，本发明主要用于解决该问题，通过望远镜跟踪恒星过程中实时旋转相机，以消除视场旋转影响，无论积分时间长短，均可保证CCD获取清晰恒星图像。

背景技术

早期由于计算机技术不发达，望远镜多采用赤道式望远镜，机架有两根互相垂直的旋转轴，一根转轴与地球的自转轴平行，称为极轴，另一根垂直于极轴，称为赤纬轴，绕极轴和赤纬轴旋转可以使望远镜指向不同的天区。赤道式望远镜的优点是在跟踪恒星过程中，利用极轴的匀速转动来跟踪恒星（速度约为15″/s），由于赤道式望远镜的视场上星体位置没有相对转动，因此恒星在CCD相机上成像后位置始终保持不变。赤道式望远镜的缺点是机械结构复杂、安装复杂以及造价昂贵。

随着计算机技术迅猛发展，很多望远镜采用地平式机架。地平式机架也有两根互相垂直的旋转轴：垂直轴和水平轴，水平轴与观测点水平面平行，垂直轴与水平轴垂直并指向天顶。由于地平式望远镜各运动轴线与地球自转轴不再平行，因此在跟踪恒星过程中，不能简单的用一根轴的旋转运动来补偿，需通过计算机控制垂直轴和水平轴同时运动。另外，在系统跟踪恒星过程中，将有视场旋转问题。

消像旋目前主要有以下几种方法：光学消像旋、物理消像旋、电子消像旋、数字消像旋等。光学消像旋是在成像器件之前沿光轴方向安装消旋棱镜，物理消像旋是直接控制CCD成像器件按系统光轴旋转，这两种方法在像旋产生的同时对其直接抵消，但结构设计装调相对复杂。电子消像旋是利用硬件处理将数字图像旋转，数字消像旋是利用软件算法将数字图像旋转，二者都采用算法处理，存在时间延迟、图像精度降低、信噪比下降等问题。另外由于光学消像旋需在光路中增加额外的消旋棱镜，增加光学设计难度和系统复杂度，因此目前很多采用物理消旋，即直接旋转CCD相机，本发明所介绍的也是物理消像旋。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在望远镜跟踪恒星过程中，通过直接旋转CCD相机，以消除视场旋转问题，使积分时间内所有恒星在CCD上所成像始终为清晰点像，并且星像位置在CCD探测器上始终保持不动。

本发明为了解决上述的技术问题采用的技术方案为：一种地平式望远镜消视场旋转机构，其特征在于：该机构包括交叉滚柱轴承、主动直齿圆柱齿轮、从动直齿圆柱齿轮、金属反射式圆光栅编码器、涡轮、蜗杆、步进电机和CCD相机；

所述的步进电机用于驱动蜗杆、蜗杆驱动涡轮、涡轮驱动主动直齿圆柱齿轮，主动直齿圆柱齿轮驱动从动直齿圆柱齿轮转动，以带动CCD相机旋转；所述的主动、从动直齿圆柱齿轮以及涡轮、蜗杆采用两级传动以实现较大的传动比；

所述的金属反射式圆光栅编码器用于CCD相机旋转过程中旋转角度的测量；

所述的金属反射式圆光栅编码器、CCD相机与交叉滚柱轴承同轴安装，CCD相机光敏面与CCD相机旋转轴垂直，由于旋转过程中通过金属反射式圆光栅编码器实时测角进行位置反馈，该编码器分辨率及测量精度优于3角秒；所述的交叉滚柱轴承可承受较大的径向和轴向载荷，其在采用单个交叉滚柱轴承的情况下，虽然金属反射式圆光栅编码器、CCD相机与交叉滚柱轴承组成的旋转机构重心与交叉滚柱轴承旋转中心并不重合，仍可保证旋转过程中CCD相机光敏面不发生倾斜，始终与CCD相机旋转轴垂直，即可保证CCD相机旋转过程中不发生离焦现象。

本发明和现有技术相比有以下优点：

①、本发明由于在旋转过程中采用金属反射式圆光栅编码器实时测角进行位置反馈，因此可实现较高的旋转定位精度。

②、本发明轴承采用交叉滚柱轴承，在采用单个轴承的情况下，仍可保证较高的旋转精度。

附图说明

图1为消旋控制流程图；

图2为消像旋机构正视图；

图3为消像旋机构左视图；

图4为消像旋机构局部剖视图。

图中：1为交叉滚柱轴承；2为从动直齿圆柱齿轮；3为金属反射式圆光栅编码器；4为主动直齿圆柱齿轮；5为涡轮；6为蜗杆；7为步进电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明提供一种地平式望远镜消视场旋转机构，该机构包括交叉滚柱轴承1、从动直齿圆柱齿轮2，主动直齿圆柱齿轮4、金属反射式圆光栅编码器3、涡轮5、蜗杆6、步进电机7和CCD相机；