专利名称：单球式天像仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种表演天文现象的仪器，特别是一种单球式天像仪，属天文、光学、机械领域。
天像仪是一种表演天文现像的仪器，又称为“假天仪”，如宋代的“水运仪象台”，是通过轮齿机械来表演某地、某时的星空情况。1923年，德国蔡斯公司制造出鲍尔斯费尔德设计的光学天像仪，自此以后近80年来，天像仪发展品种繁多，性能各异。
(1)针孔式天像仪它是利用小孔成像的原理，对一薄壳球体上近似准确的天文座标上的孔，孔的大小对应不同的星，在小型天幕上(一般幕的半径不大于3M)投射出近似准确的星空，加上各类附属投影机构，可展现如天文座标银河、金、木、水、火、土、太阳、月亮等，(如日本GOTO公司生产的E-2、E-3、E-5型，国内本申请人生产的S-5、S-5A型等)，由于针孔成像有其局限性，小孔成像将灯丝的像成于天幕上，孔的大小对像的大小无影响，而对灯丝的形状、功率要求很高，星像的位置精度误差较大。
(2)电子成像天像仪如美国E&S公司生产，利用电子射线成像在天幕上，通过程序把恒星数据库中的恒星成像于天幕，由于天幕中空气及气流的存在。其星点在天幕上比较模糊，相比之下，电子成像天像仪设有光学天像仪投影出的星空逼真。
(3)双球式光学天像仪是现有使用较多的一种，它的原理是通过星片把星空放映到半球型的银幕上，形成人造星空，通过配有精密齿轮传动的日、月、行星放映器放映在人造星空中，它们的位置准确，运行轨迹也与自然界一样，若再配以效果各异的附属仪器(如日出投影仪、环景投影仪、流星雨投影仪等)，就可表演各地不同纬度丰富多彩的星空。双球式天像仪的基本结构如
图1所示，形状象一个大哑铃，两端的大球(恒星球)J上设有几十个恒星放映器I，可放映出晴朗夜空里人眼可以看到的恒星、银河、星云与星团。两侧的笼架(行星笼)A中装有太阳、月球和金、木、水、火、土五大行得放映器N，中间部分为装有齿轮机构的主机B，其中有保证周年运动同步的齿轮机构H，保证周日运动同步的齿轮机构E。天像仪的放映与运转由操纵台控制，它模拟周日运动、周年运动和岁差运动等。日月星辰在一日内或一年内的升落运行，可压缩到若干秒和若干分钟内完成，它还能表演上下几千年的极星变换和星空的变迁，显示日月星斗的东升西落以及日月行星在星空中的视运动，国内典型的双球式天像仪为安装于北京天文馆的23M天像仪。但在使用中发现，上述双球式天像仪尚存在许多缺点①由于其结构形式的需要，将行星笼A分布于主机B两侧，这就必需通过中间复杂的周年运动同步齿轮机构H来保证其同步，又由于主机B中又有周日运动机构E，且周年运动轴C与周日运动轴D不同轴，因而使主机运动机构复杂化，调校的精度不易保证，周年运动时为调整行星、太阳、月亮的不同时间位置，需要进行大范围的调整；②其光源K(灯泡)置于两恒星球J的中心，采用2个灯泡对南、北球分别提供光源，灯泡与周日运动一起运动，分离的两个光源照明，会使南、北球亮度不一，且由于双球式的结构决定了它的每个星板I距天幕的距离不一，光程也不一致，增加了星板上星点数据的计算与结构设计的难度；③双球式天像仪的主机需保证用日轴D、周年轴C、极高轴F交于一点，且需保证周年与周日的南、北球同步运动，也使得主机B中的齿轮机构复杂化；④双球式天像仪的两个恒星球J上，相对于每个星板及恒星光系统I均设有一个重力遮光罩G，利用重力使遮光罩在投影物镜指向地平线以下的位置时，自动将物镜遮挡，使得处在地平线位置以下的观众不受星光的影响。(如图2-6所示，图中W为物镜，G为遮光罩)。但因此也限制了某些特殊结构的天像厅，如倾斜式天幕的天像厅就不能采用重力遮光罩的结构，因为有不受光的盲区，使得天幕上的图像不完全。(如图7-8所示，R为适用于双球式的水平天幕，R’为不适用于双球式的倾斜天幕，阴影部分为不受光盲区)。
本实用新型的目的是改进上述双球式天像仪的不足之处而提供的一种单球式天像仪，它将双球式的两个恒星球压缩到一个恒星球，把行星笼从主机上分离出来，光源灯泡为固定不动式，适于各种天幕，并增加一地平运动轴，实现地平的旋转，使观众可以在任意方向上观赏到不同方位的星空。
本实用新型的目的由以下技术方案实现单球式天像仪，包括现有双球式天像仪所具有的(1)设有中心光源的恒星球以及在球面上设置的星点板和恒星光学装置；(2)设有行星及日、月投影装置的行星笼；(3)设有周日运动同步及周年运动同步的齿轮传动机构；(4)光源设有遮光罩；其特征是恒星球为一个，行星笼与周日运动主机分离，二者之间由电子同步；光源为设置于恒星球中心的固定光源，由极高运动复合中空轴内的固定轴支撑，遮光罩也设置在固定轴上。设有地平运动齿轮机构，其输出轴与地平联接。
本实用新型的优点及效果(与双球式相比)(1)恒星球为一个，行星笼从主机中分离采取与主机电子同步的成熟技术，极大地减少了主机的机构复杂性和制造难度，因无行星笼在中间，周年运动随行星笼分离，一对上、下齿轮就介决了周日运动上下半球的同步问题；(2)光源固定于恒星球内，在恒星球运动过程中，光源始终在恒星球中心，因此对整个系统的光程、星点成像没有副作用，且对各星板的照度一致，星板距离天幕一致，光程也一致，使整个系统易于实现；(3)遮光罩设置于天像仪内部，灯泡位置固定，不会产生如双球式重力遮光的工作盲区，遮光可任意定位，可适用于水平及倾斜式天幕。
(4)增加的地平运动轴，可实现地平旋转，使观众脱离双球式天像仪围绕天像仪呈同心圆式座椅排列模式，可在任意方向观赏。
以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是现有双球式天像仪的结构简；图2-6 是双球式天像仪的重力遮光示意图；图7、8 是双球式天像仪的水平及倾斜天幕效果；图9是单球式天像仪的结构简
图10、11是单球式天像仪的水平及倾斜天幕效果。
图1-8已在前面现有技术状况中说明，在此不重复。
参看图9，设置一个恒星球J，球面上仍布有若干星点板及恒星光系统I，球中心没有固定式光源K，它由复合中空极高运动轴F内的固定轴支撑，遮光罩G也固定在此轴上。球内仍设有周日运动同步齿轮机构E，行星笼A与主机分离为另一体，与主机采用电子同步(成熟技术)。笼内仍设有行星及日、月投影系统N，。可见与双球式相比，原理相同，总体结构部件及部件内构造大部相同，但周日运动轴D与周年运动轴C分为两体。另增加了地平运动齿轮机构M，带动地平联动(此处所说地平是指仪器的地平面，使天象仪能够以中轴线绕地平转动)。周日运动表演星空的东升西落，周年运动表演行星在恒星间位置的变换，极高运动表演不同纬度地区的星空变化。
图10、11为单球式天像仪适用水平天幕和倾斜天幕的情况，无受光盲区。
权利要求1.单球式天像仪，包括现有双球式天像仪所具有的(1)设有中心光源的恒星球以及在球面上设置的星点板和恒星光学装置；(2)设有行星及日、月投影装置的行星笼；(3)设有周日运动同步及周年运动同步的齿轮传动机构；(4)光源设有遮光罩；其特征是恒星球为一个，行星笼与周日运动主机分离，二者之间由电子同步。
2.根据权利要求1所述的单球式天像仪，其特征是光源为设置于恒星球中心的固定光源，由极高运动复合中空轴内的固定轴支撑，遮光罩也设置在固定轴上。
3.根据权利要求1或2所述的单球式天像仪，其特征是设有地平运动齿轮机构，其输出轴与地平联接。
专利摘要单球式天像仪,包括现有双球式天像仪所具有的:设有中心光源的恒星球以及在球面上设置的星点板和恒星光学装置;设有行星及日、月投影装置的行星笼;设有周日运动同步及周年运动同步的齿轮传动机构;光源设有遮光罩;其特征是:恒星球为一个,行星笼与周日运动主机分离,二者之间由电子同步。
文档编号G09B27/00GK2514443SQ0127308
公开日2002年10月2日 申请日期2001年12月28日 优先权日2001年12月28日
发明者徐钦贵, 缪进 申请人:中国科学院南京天文仪器研制中心