阅读说明：本技术 光谱天文望远镜及其面阵光接收部件定位及方位调整装置 (Spectrum astronomical telescope and area array light receiving part positioning and azimuth adjusting device thereof ) 是由 胡红专 *** 刘志刚 周增祥 翟超 褚家如 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光谱天文望远镜及其面阵光接收部件定位及方位调整装置,面阵光接收部件定位及方位调整装置包括中心回转机构、偏心回转机构以及方位调整机构；所述中心回转机构包括空心设置的中心轴和用于驱动所述中心轴转动的中心电机；所述偏心回转机构包括偏心轴、用于驱动所述偏心轴转动的偏心电机以及与所述偏心轴固定连接的偏心回转臂；所述方位调整机构包括空心齿轮、与所述空心齿轮固定连接的夹持架和驱动所述空心齿轮转动的方位调整电机。该面阵光接收部件定位及方位调整装置可以在一个小圆区域内给光纤束等面阵光接收部件定位并进行方位调整,并且能够有效地解决在调整光纤束等面阵光接收部件的位置过程中产生较大的扭转阻力的问题。(The invention discloses a spectrum astronomical telescope and an area array light receiving part positioning and orientation adjusting device thereof, wherein the area array light receiving part positioning and orientation adjusting device comprises a central slewing mechanism, an eccentric slewing mechanism and an orientation adjusting mechanism; the central swing mechanism comprises a central shaft arranged in a hollow manner and a central motor used for driving the central shaft to rotate; the eccentric slewing mechanism comprises an eccentric shaft, an eccentric motor for driving the eccentric shaft to rotate and an eccentric slewing arm fixedly connected with the eccentric shaft; the azimuth adjusting mechanism comprises a hollow gear, a clamping frame fixedly connected with the hollow gear and an azimuth adjusting motor driving the hollow gear to rotate. The area array light receiving component positioning and orientation adjusting device can position the optical fiber bundle and other area array light receiving components in a small circular area and adjust the orientation, and can effectively solve the problem of large torsional resistance generated in the process of adjusting the positions of the optical fiber bundle and other area array light receiving components.)

光谱天文望远镜及其面阵光接收部件定位及方位调整装置

技术领域

本发明涉及天文技术领域，更具体地说，涉及一种光谱天文望远镜及其面阵光接收部件定位及方位调整装置。

背景技术

光谱天文望远镜在焦面上布置有面阵光接收部件用以观测天上一定形状的星系等天体目标，天文望远镜在实际观测天体时，其焦面上的面阵光接收部件对准天体星象位置，面阵光接收部件采集星象光谱并传输到光谱仪中。面阵光接收部件可以为由若干根光纤整齐排列集成在一起的面阵光纤束，望远镜在更换观测天区中的观测目标时，需要定位装置方便灵活的调整焦面上的光纤束的位置，并且在调整位置过程中能够保证光纤束方形面阵的方位指向保持不变。整个定位装置的尺寸限制在一个圆柱内，保证光纤束定位过程中不与相邻设备干涉，光纤束定位装置可以在一个小圆区域内给光纤束定位，该机构也可以给焦面上的面阵CCD进行定位及方位调整。

现有技术中的定位装置在调整由多根光纤组成的光纤束位置时会产生较大的扭转阻力，在定位时如不消除扭转，就需要更大的驱动电机以及更稳固的定位机构才能成功定位。

综上所述，如何有效地解决在调整面阵光接收部件的位置过程中产生较大的扭转阻力的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种面阵光接收部件定位及方位调整装置，该面阵光接收部件定位及方位调整装置的结构设计可以有效地解决在调整面阵光接收部件的位置过程中产生较大的扭转阻力的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述面阵光接收部件定位及方位调整装置的光谱天文望远镜。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种面阵光接收部件定位及方位调整装置，包括中心回转机构、偏心回转机构以及方位调整机构；

所述中心回转机构包括空心设置的中心轴和用于驱动所述中心轴转动的中心电机，所述中心轴的中心孔用于穿过光纤束；

所述偏心回转机构包括偏心轴、用于驱动所述偏心轴转动的偏心电机以及与所述偏心轴固定连接的偏心回转臂，所述偏心轴的轴线和所述中心轴的轴线平行设置，所述偏心回转臂上设置有插孔；

所述方位调整机构包括空心齿轮、与所述空心齿轮固定连接的夹持架和驱动所述空心齿轮转动的方位调整电机，所述空心齿轮***所述偏心回转臂上的插孔内且所述空心齿轮的轴线与所述偏心轴的轴线平行设置，所述夹持架用于固定所述面阵光接收部件；

所述中心回转机构能够带动偏心回转机构和方位调整机构一起围绕所述中心轴的轴线转动，所述偏心回转机构能够带动所述方位调整机构围绕所述偏心轴的轴线转动。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述中心回转机构还包括与所述中心电机的输出端固定连接的第一外齿轮和与固定在支撑架上的内齿轮，所述内齿轮与所述第一外齿轮之间通过行星齿轮传动，所述第一外齿轮转动通过与内齿轮啮合带动所述中心轴转动。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述偏心回转机构还包括连接在所述偏心电机与所述偏心轴之间的联轴器。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述方位调整机构还包括与所述方位调整电机的输出端固定连接的第二外齿轮和与所述第二外齿轮啮合的过渡齿轮，所述过渡齿轮还与所述空心齿轮啮合。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述过渡齿轮空套在所述偏心轴上。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述空心齿轮的用于进光的一端具有方形通光孔。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述偏心回转臂上的插孔为圆柱孔。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述偏心回转臂与所述偏心轴之间通过螺钉固定连接。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置中，所述偏心轴和所述中心轴的距离与所述偏心轴和所述空心齿轮的距离相等。

一种光谱天文望远镜，包括如上述中任一项所述的面阵光接收部件定位及方位调整装置。

本发明提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置包括中心回转机构、偏心回转机构以及方位调整机构。

其中，中心回转机构包括中心轴和中心电机，中心轴空心设置，中心轴为空心轴，中心轴的空心部位形成中心孔，中心轴的中心孔用于穿过光纤束，光纤束用于传输面阵光接收部件接收的光。中心电机用于驱动中心轴转动。

偏心回转机构包括偏心轴、偏心电机和偏心回转臂。其中，偏心电机用于驱动偏心轴转动，偏心回转臂与偏心轴固定连接。偏心电机驱动偏心轴转动时，偏心轴带动偏心回转臂转动。偏心轴的轴线和中心轴的轴线平行设置，即偏心轴和中心轴相互平行。偏心回转臂上开设有插孔，插孔用于安插空心齿轮。偏心回转臂上还可以开设有供偏心轴穿过的通孔。

方位调整机构包括空心齿轮、夹持架和方位调整电机。其中，夹持架用于固定面阵光接收部件，夹持架与空心齿轮固定连接，且夹持架固定在空心齿轮的内部。固定在夹持架上的面阵光接收部件的光接收面中心应该与空心齿轮的轴线重合，以便于使面阵光接收部件的光接收面与空心齿轮同心设置。

方位调整电机用于驱动空心齿轮转动。空心齿轮***偏心回转臂的插孔内并可在其内转动，即偏心回转臂上开设有供空心齿轮***的插孔。偏心轴带动偏心回转臂转动时，偏心回转臂带动空心齿轮一起围绕偏心轴的轴线转动。方位调整电机带动空心齿轮转动时，空心齿轮一方面跟随偏心回转臂转动同时还可以相对于偏心回转臂自转。空心齿轮的轴线与偏心轴的轴线平行设置。

该面阵光接收部件定位及方位调整装置中，中心回转机构能够带动偏心回转机构和方位调整机构一起围绕中心轴的轴线转动，即中心电机驱动中心轴转动时，中心轴带动偏心电机、偏心轴、偏心回转臂、方位调整电机、空心齿轮以及夹持架一起围绕中心轴的轴线转动。偏心回转机构能够带动方位调整机构围绕偏心轴的轴线转动，当偏心电机驱动偏心轴转动时，偏心轴带动偏心回转臂、空心齿轮围绕偏心轴的轴线转动，偏心电机驱动偏心轴转动时，中心轴不转动。

应用上述提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置时，首先利用中心电机驱动中心轴转动，进而中心轴带动偏心回转机构、方位调整机构以及光纤束一起围绕中心轴的轴线转动。中心轴带动偏心回转机构、方位调整机构以及光纤束转动至合适位置后，利用偏心电机驱动偏心轴转动，进而偏心轴带动偏心回转臂、方位调整机构以及光纤束一起围绕偏心轴的轴线转动，直至偏心轴带动方位调整机构以及光纤束转动至合适位置。此时光纤束随着中心轴和偏心轴转动完毕，光纤束存在较大的扭转，然后利用方位调整电机带动空心齿轮、夹持架以及光纤束转动，进行方位调整并且消除光纤束方位偏差和扭转应力。中心回转机构、偏心回转机构以及方位调整机构三者可同时进行，这样可以随时修正方位误差，消除光纤束扭转应力。

由上可知，应用本发明提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置，利用中心回转机构和偏心回转机构带动夹持架和面阵光接收部件转动至使面阵光接收部件对准观测目标后，还可以利用方位调整机构驱动夹持架、面阵光接收部件和光纤束转动，以消除光纤束面阵的方位偏斜。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种光谱天文望远镜，该光谱天文望远镜包括上述任一种面阵光接收部件定位及方位调整装置。由于上述的面阵光接收部件定位及方位调整装置具有上述技术效果，具有该面阵光接收部件定位及方位调整装置的光谱天文望远镜也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置的剖视图；

图2为本发明实施例提供的方位调整机构的放大剖视图；

图3为图2中沿着A-A局部剖视且沿着B方向的侧视图；

图4为本发明实施例提供的面阵光接收部件位置调整示意图。

在图1-4中：

1-中心回转机构、1a-中心电机、1b-第一外齿轮、1c-内齿轮、1d-中心轴、2-支撑架、3-偏心回转机构、3a-偏心电机、3b-联轴器、3c-偏心轴、3d-偏心回转臂、4-方位调整机构、4a-方位调整电机、4b-第二外齿轮、4c-过渡齿轮、4d-空心齿轮；

①-中心轴回转中心、②-偏心轴回转中心、③-方位调整回转中心。

具体实施方式

本发明的第一个目的在于提供一种面阵光接收部件定位及方位调整装置，该面阵光接收部件定位及方位调整装置的结构设计可以准确地给面阵光接收部件定位和方位调整并且有效地解决在调整面阵光接收部件的位置过程中产生较大的扭转阻力的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述面阵光接收部件定位及方位调整装置的光谱天文望远镜。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1-图4，本发明提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置包括中心回转机构1、偏心回转机构3以及方位调整机构4。

其中，中心回转机构1包括中心轴1d和中心电机1a，中心轴1d空心设置，中心轴1d为空心轴，中心轴1d的空心部位形成中心孔，中心轴1d的中心孔用于穿过光纤束以及驱动电线，光纤束用于传输面阵光接收部件接收的光至光谱仪。中心电机用于驱动中心轴1d转动。

偏心回转机构3包括偏心轴3c、偏心电机3a和偏心回转臂3d。其中，偏心电机3a用于驱动偏心轴3c转动，偏心回转臂3d与偏心轴3c固定连接。偏心电机3a驱动偏心轴3c转动时，偏心轴3c带动偏心回转臂3d转动。偏心轴3c的轴线和中心轴1d的轴线平行设置，即偏心轴3c和中心轴1d相互平行。偏心回转臂3d上开设有插孔。偏心回转臂3d上还可以开设有连接固定偏心轴3c的通孔。

方位调整机构4包括空心齿轮4d、夹持架和方位调整电机4a。其中，夹持架用于固定面阵光接收部件，夹持架与空心齿轮4d固定连接，且夹持架固定在空心齿轮4d的内部。固定在夹持架上的面阵光接收部件的光接收面中心应该与空心齿轮4d的轴线重合，以便于使面阵光接收部件的光接收面与空心齿轮4d同心设置。

方位调整电机4a用于驱动空心齿轮4d转动。空心齿轮4d***偏心回转臂3d的插孔内并可在其中转动，即偏心回转臂3d上开设有供空心齿轮4d***的插孔。偏心轴3c带动偏心回转臂3d转动时，偏心回转臂3d带动空心齿轮4d一起围绕偏心轴3c的轴线转动。方位调整电机4a带动空心齿轮4d转动时，空心齿轮4d自转且空心齿轮4d相对于偏心回转臂3d转动。空心齿轮4d的轴线与偏心轴3c的轴线平行设置。

该面阵光接收部件定位及方位调整装置中，中心回转机构1能够带动偏心回转机构3和方位调整机构4一起围绕中心轴1d的轴线转动，即中心电机1a驱动中心轴1d转动时，中心轴1d带动偏心电机3a、偏心轴3c、偏心回转臂3d、方位调整电机4a、空心齿轮4d以及夹持架一起围绕中心轴1d的轴线转动。偏心回转机构3能够带动方位调整机构4围绕偏心轴3c的轴线转动，当偏心电机3a驱动偏心轴3c转动时，偏心轴3c带动偏心回转臂3d、空心齿轮4d围绕偏心轴3c的轴线转动，中心轴回转与偏心轴回转一起可以对光纤束在圆形区域内准确定位。方位调整电机4a驱动空心齿轮4d及光纤束夹持架转动进行方位调整以修正定位时产生的方位偏差。

应用上述实施例提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置时，首先利用中心电机1a驱动中心轴1d转动，进而中心轴1d带动偏心回转机构3、方位调整机构4以及光纤束一起围绕中心轴1d的轴线转动，上述中心轴1d的轴线即为图4中的中心轴1d回转中心①。中心轴1d带动偏心回转机构3、方位调整机构4以及光纤束转动至合适位置后，利用偏心电机3a驱动偏心轴3c转动，进而偏心轴3c带动偏心回转臂3d、方位调整机构4以及光纤束一起围绕偏心轴3c的轴线转动，直至偏心轴3c带动方位调整机构4以及光纤束转动至合适位置，上述偏心轴3c的轴线即为图4中的偏心轴3c回转中心②。此时光纤束随着中心轴1d和偏心轴3c转动完毕，光纤束存在较大的扭转，然后利用方位调整电机4a带动空心齿轮4d、夹持架以及光纤束转动，进行方位调整并且消除光纤束扭转。空心齿轮4d的轴线即为图4中的方位调整回转中心③。中心回转机构、偏心回转机构以及方位调整机构三者可同时进行，这样可以随时修正方位误差，消除光纤束扭转应力。

由上可知，应用本发明提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置，利用中心回转机构1和偏心回转机构3带动夹持架和面阵光接收部件转动至使面阵光接收部件对准观测目标后，还可以利用方位调整机构4驱动夹持架、面阵光接收部件和光纤束转动，以消除光纤束方位偏斜以及光纤束的扭转，如此就不再需要更大的驱动电机以及更稳固的定位机构对光纤束进行定位。

上述面阵光接收部件可以为面阵CCD，或者面阵光接收部件还可以为若干根光纤整齐排列集成在一起的面阵光纤束端部，在此不作限定。

优选地，上述面阵光接收部件定位及方位调整装置还包括支撑架2，中心回转机构1安装在支撑架2上。中心轴1d可转动的安装在支撑架2上，中心电机1a安装在中心轴1d上。中心轴1d可以通过轴承安装在支撑架2上。

在一具体实施例中，中心回转机构1还包括与中心电机1a的输出端固定连接的第一外齿轮1b和固定在支撑架2上的内齿轮1c，第一外齿轮1b与内齿轮1c之间设置有行星齿轮，第一外齿轮1b与内齿轮1c之间通过行星齿轮传动，中心电机1a带动第一外齿轮1b转动进而带动行星齿轮和中心轴1d转动。

内齿轮1c和中心轴1d之间还可以通过齿轮连接传动，或者内齿轮1c与中心轴1d之间也可以固定连接，以使中心电机1a能够驱动中心轴1d转动，在此不作限定。

另外，偏心回转机构3还包括连接在偏心电机3a与偏心轴3c之间的联轴器3b。如此设置，偏心电机3a的动力通过联轴器3b同轴传递至偏心轴3c。其中，偏心电机3a与中心轴1d固定连接，偏心电机3a固定在中心轴1d的外侧。偏心轴3c的一端与联轴器3b连接，且偏心轴3c还与偏心回转臂3d固定连接。当然，偏心电机3a与偏心轴3c之间还可以通过齿轮等传动，在此不作限定。

在一具体实施例中，方位调整机构4还包括第二外齿轮4b和过渡齿轮4c，其中第二外齿轮4b与方位调整电机4a的输出端固定连接，过渡齿轮4c是一个中间介轮，一边与第二外齿轮4b啮合，另一边与空心齿轮4d啮合，如此实现方位电机带动空心齿轮4d转动。当然，方位电机与空心齿轮4d之间还可以仅通过一个齿轮传动或其他如同步齿形带等方式传动，在此不作限定。

进一步地，过渡齿轮4c可以空套在偏心轴3c上。即过渡齿轮4c转动时与偏心轴3c不相关，过渡齿轮4c可相对于偏心轴3c自由转动。如此，可以利用偏心轴3c支撑过渡齿轮4c。方位调整电机4a与偏心轴3c的中心距为固定值，它们均安装在中心轴1d上。当然，过渡齿轮4c也可以相对于偏心轴3c偏心单独设置，在此不作限定。

优选地，空心齿轮4d的用于进光的一端具有方形通光孔，方形通光孔与面阵光接收部件的光接收面相对，具体地，方形通光孔与面阵CCD或面阵光纤束端部相对即可。当然，空心齿轮4d的用于进光的一端也可以为圆孔以对应于圆形光接收面，在此不作限定。

另外，偏心回转臂3d上的插孔可以为圆柱孔，以便于空心齿轮4d的***。空心齿轮4d与插孔的内壁之间为间隙配合。

偏心回转臂3d与偏心轴3c之间可以通过螺钉固定连接，或者偏心回转臂3d与偏心轴3c之间也可以焊接或卡接，在此不作限定。

如图2-3所示，偏心轴3c和中心轴1d之间的距离与偏心轴3c和空心齿轮4d之间的距离相等，以保持该面阵光接收部件定位无盲区及方位调整装置的稳定性。

如图4所示，根据实际需求，中心轴1d的转动角度为±180°，偏心轴3c的转动角度为±90°，空心齿轮4d的转动角度为±180°。面阵光接收部件定位及方位调整装置按照双回转原理定位，所以偏心轴3c与中心轴1d的间距等于偏心轴3c与空心齿轮4d之间的间距均为26mm，这样光接收部件就可以在直径φ52mm的圆区域内准确无盲区地定位。

基于上述实施例中提供的面阵光接收部件定位及方位调整装置，本发明还提供了一种光谱天文望远镜，该光谱天文望远镜包括上述实施例中任意一种面阵光接收部件定位及方位调整装置。由于该光谱天文望远镜采用了上述实施例中的面阵光接收部件定位及方位调整装置，所以该光谱天文望远镜的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。