阅读说明：本技术 一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置 (Defocusing compensation device for optical fiber positioning unit of spectrum astronomical telescope ) 是由 胡红专 *** 刘志刚 周增祥 翟超 褚家如 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置,包括设置在光纤定位单元的双回转运动机构的顶端的离焦补偿机构,离焦补偿机构上设置有伸缩臂,伸缩臂的伸缩方向与双回转运动机构的回转轴线平行布置,伸缩臂的末端设置有用于固定光纤的光纤架,且光纤与伸缩臂的伸缩方向平行布置。该离焦补偿装置通过在光纤定位单元的双回转运动机构的顶端布置离焦补偿机构,通过离焦补偿机构上的伸缩臂实现沿平行于双回转运动机构的回转轴线的方向(也即望远镜的光轴方向,又叫Z轴方向)伸缩,而光纤架又固定在伸缩臂的末端,从而光纤架上的光纤的端面的离焦距离能够实现调节补偿。(The invention discloses a defocusing compensation device of an optical fiber positioning unit for a spectrum astronomical telescope, which comprises a defocusing compensation mechanism arranged at the top end of a double-rotation movement mechanism of the optical fiber positioning unit, wherein a telescopic arm is arranged on the defocusing compensation mechanism, the telescopic direction of the telescopic arm is arranged in parallel with the rotation axis of the double-rotation movement mechanism, an optical fiber frame for fixing an optical fiber is arranged at the tail end of the telescopic arm, and the optical fiber and the telescopic direction of the telescopic arm are arranged in parallel. According to the defocusing compensation device, the defocusing compensation mechanism is arranged at the top end of the double-rotary motion mechanism of the optical fiber positioning unit, the telescopic arm on the defocusing compensation mechanism stretches along the direction parallel to the rotary axis of the double-rotary motion mechanism (namely the optical axis direction of the telescope, namely the Z-axis direction), and the optical fiber frame is fixed at the tail end of the telescopic arm, so that the defocusing distance of the end face of the optical fiber on the optical fiber frame can be adjusted and compensated.)

一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置

技术领域

本发明涉及光谱天文望远镜技术领域，尤其涉及一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置。

背景技术

现在大焦面光谱巡天望远镜(如我国的LAMOST)在焦面上采用的都是焦面分区，每个小区里安装一个双自由度的光纤定位单元采用的是双回转运动机构，(如专利CN2344786)，如图1所示。它包括转臂等长的中心回转轴1和偏心回转轴2，两回转轴均由步进电机经减速器减速后带动，它们的运动使得光纤端部可以到达直径33mm的圆中的任何位置。两回转轴均由计算机向驱动电路发送步进电机的驱动脉冲来控制其运动。整个LAMOST焦面上共安装4000个同样的光纤单元，这样单元带动光纤端部定位时就是在一个垂直于单元轴线的小圆平面上运动。

如果望远镜焦面不是一个平面，势必会造成光纤端面离焦，对于大焦距的望远镜焦面(如LAMOST)，光纤定位距离很小，离焦量较小，尚不会造成太严重的影响；但如果望远镜焦距比较小，或光纤定位距离比较远，势必会造成较大的不能被接受的离焦，这时就需要对离焦进行补偿。

综上所述，如何解决光谱天文望远镜的光纤单元端面离焦的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置，以解决光谱天文望远镜的光纤单元端面离焦的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置，包括设置在光纤定位单元的双回转运动机构的顶端的离焦补偿机构，所述离焦补偿机构上设置有伸缩臂，所述伸缩臂的伸缩方向与所述双回转运动机构的回转轴线平行布置，所述伸缩臂的末端设置有用于固定光纤的光纤架，且所述光纤与所述伸缩臂的伸缩方向平行布置。

优选地，所述伸缩臂包括丝杠机构和用于驱动所述丝杠机构做伸缩运动的电机，所述丝杠机构包括螺杆和与所述螺杆螺纹配合的螺母。

优选地，所述螺杆与所述电机传动连接，所述螺母与所述光纤架固定连接，且所述螺母的外侧设置有导向机构，所述导向机构仅允许所述螺母沿所述伸缩臂的伸缩方向直线运动。

优选地，所述螺母与所述电机传动连接，所述螺杆与所述光纤架固定连接，且所述螺杆的外侧设置有导向机构，所述导向机构仅允许所述螺杆沿所述伸缩臂的伸缩方向直线运动。

优选地，所述光纤架上设置有定位孔，所述导向机构上设置有导向杆，且所述导向杆穿过所述定位孔。

优选地，所述电机为自带减速器的步进电机。

优选地，所述丝杠机构上设置于电零位装置，所述电零位装置用于使所述丝杠机构回到运动起点。

优选地，所述丝杠机构上设置有光栅尺，所述光栅尺用于检测所述丝杠机构的伸长量。

优选地，所述螺杆上还套设有弹簧，所述弹簧用于使所述螺母与所述螺杆之间保持预紧力以消除间隙。

优选地，所述弹簧为压缩弹簧、拉伸弹簧或扭簧。

相比于背景技术介绍内容，上述用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置，包括设置在光纤定位单元的双回转运动机构的顶端的离焦补偿机构，离焦补偿机构上设置有伸缩臂，伸缩臂的伸缩方向与双回转运动机构的回转轴线平行布置，伸缩臂的末端设置有用于固定光纤的光纤架，且光纤与伸缩臂的伸缩方向平行布置。该离焦补偿装置通过在光纤定位单元的双回转运动机构的顶端布置离焦补偿机构，通过离焦补偿机构上的伸缩臂实现沿平行于双回转运动机构的回转轴线的方向(也即望远镜的光轴方向，又叫Z轴方向)伸缩，而光纤架又固定在伸缩臂的末端，从而光纤架上的光纤的端面的离焦距离能够实现调节补偿，不但可以应用在如LAMOST这种大焦距的光谱巡天望远镜，还可以用在焦距比较小，离焦比较剧烈的望远镜，甚至是焦面形状比较复杂，或者在不同天区需要有不同形状焦面的望远镜，运用上述离焦补偿装置，可以在各种不同的条件下，形成所需的各种形状的焦面(一般叫做主动焦面)。

附图说明

图1为现有的双回转运动机构的工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的离焦补偿机构的结构示意图。

上图1-图3中，

中心回转轴1、偏心回转轴2、双回转运动机构3、离焦补偿机构4、伸缩臂5、光纤架6、丝杠机构7、电机8、螺杆9、螺母10、导向机构11、导向杆12、弹簧13、双回转运动机构的顶端14。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置，以解决光谱天文望远镜的光纤单元端面离焦的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图2和图3所示，本发明实施例提供的一种用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置，包括设置在光纤定位单元的双回转运动机构3的顶端14的离焦补偿机构4，离焦补偿机构4上设置有伸缩臂5，伸缩臂5的伸缩方向与双回转运动机构3的回转轴线平行布置，伸缩臂5的末端设置有用于固定光纤的光纤架6，且光纤与伸缩臂5的伸缩方向平行布置。

该离焦补偿装置通过在光纤定位单元的双回转运动机构的顶端布置离焦补偿机构，通过离焦补偿机构上的伸缩臂实现沿平行于双回转运动机构的回转轴线的方向(也即望远镜的光轴方向，又叫Z轴方向)伸缩，而光纤架又固定在伸缩臂的末端，从而光纤架上的光纤的端面的离焦距离能够实现调节补偿，不但可以应用在如LAMOST这种大焦距的光谱巡天望远镜，还可以用在焦距比较小，离焦比较剧烈的望远镜，甚至是焦面形状比较复杂，或者在不同天区需要有不同形状焦面的望远镜，运用上述离焦补偿装置，可以在各种不同的条件下，形成所需的各种形状的焦面(一般叫做主动焦面)。

这里需要说明的是，本领域技术人员都应该熟知的是，双回转运动机构本身的结构是由中心回转部分和偏心回转部分组成，双回转运动机构的顶端是指偏心回转部分的顶端。

在一些具体的实施方案中，上述伸缩臂5的具体结构可以是包括丝杠机构7和用于驱动丝杠机构7做伸缩运动的电机8，丝杠机构7包括螺杆9和与该螺杆9螺纹配合的螺母10。当然可以理解的是，上述采用电机驱动丝杠机构实现伸缩的方式仅仅是本发明对于伸缩臂结构的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是通过本领域技术人员常用的其他伸缩机构来实现，比如通过气缸实现伸缩运动的方式等。

另外需要说明的是，上述丝杠机构7的具体布置形式，可以是螺杆9与电机8传动连接(比如螺杆与电机8的电机轴通过联轴器固定连接)，螺母10与光纤架6固定连接，螺杆9与螺母10之间通过螺纹传动连接，且螺母10的外侧设置有导向机构11，导向机构11仅允许螺母10沿伸缩臂5的伸缩方向运动。这样通过电机驱动螺杆原地转动，由于导向机构对螺母的转动进行了限位，仅允许其沿伸缩臂的伸缩方向运动，因而随着螺杆的转动，螺母能够实现直线伸缩运动。当然也可以是，螺母与电机的电机轴固定连接，螺杆与光纤架固定连接，且螺杆的外侧设置有导向机构，导向机构仅允许螺杆沿伸缩臂的伸缩方向直线运动。实际应用过程中，可以根据实际需求进行选择布置。

在一些更具体的实施方案中，上述光纤架6上设置有定位孔，导向机构11上设置有导向杆12，且导向杆12穿过定位孔。由于光纤架6与丝杠机构7中作直线运动的部件为固定连接(比如在图2和图3中为螺母10)，继而导向杆与定位孔的配合可以实现对螺母的转动方向限位，仅允许其做直线运动。当然可以理解的是，该种方式仅仅是本发明实施例对于转动限位的优选举例而已，实际应用过程中，还可以是导向结构11与螺母10之间的本身配合就具有转动方向限位的作用。

另外需要说明的是，一般来说，电机8优选为自带减速器的步进电机。通过将电机选用为自带减速器的电机，避免了额外布置减速器，使得安装装配更加方便。并且采用步进电机的方式使得控制伸缩量更加精准。并且实际应用过程中，上述丝杆机构7的螺杆9与螺母10之间的螺纹螺距可选择为0.5mm，电机可采用自带1：16减速器的步进电机，这样就可以做到一个脉冲当量0.0015625mm，完全满足离焦补偿的需求。

进一步的实施方案中，上述丝杠机构7上还可以设置于电零位装置，电零位装置用于使丝杠机构7回到运动起点。通过布置电零位装置，使得每次补偿时可以先回零，进而能够消除累积误差，然后再按照需要补偿的离焦量计算出电机驱动脉冲发送给驱动电路驱动丝杆机构上做伸缩运动的螺母(或螺杆)伸缩运动到位。当然可以理解的是，上述采用电零位装置实现开环控制的补偿方式仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，也可以采用闭环控制的补偿方式，比如在丝杠机构7上设置有光栅尺，光栅尺用于检测丝杠机构的伸长量，通过光栅尺即可实现闭环控制的补偿方式。

更进一步的实施方案中，上述螺杆9上还可以套设有弹簧13，弹簧13用于使螺母10与螺杆9之间保持预紧力以消除间隙。通过设置弹簧13能够有效地消除丝杆机构的螺杆与螺母之间的间隙，弹簧13的作用主要是通过弹性力将螺杆与螺母的配合螺纹始终保持预紧的张力(也即在螺纹接触的一面始终保持接触状态)，从而消除它们之间的间隙，这样能够使得离焦补偿的控制更加准确。

需要说明的是，在具体的实施过程中，上述弹簧13具体可以为压缩弹簧，也可以是拉伸弹簧或扭簧。比如该弹簧13为压缩弹簧，螺杆与电机的电机轴固定连接，螺母做直线伸缩运动，此时压缩弹簧可以布置在螺母与电机之间。

以上对本发明所提供的用于光谱天文望远镜的光纤定位单元的离焦补偿装置进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。