专利名称：具有智能马达控制器的望远镜系统的制作方法
本申请从申请号601105,660、提交日1999.10.26、题为“具有智能马达控制器的望远镜系统”的临时专利申请取得优先权，该申请的全部内容特意被本文参考引用。
本专利申请关联到题为“可升级的望远镜系统”的同时进行的专利申请和题为“具有分布智能的全自动望远镜系统”的同时进行的专利申请，这两项申请与本申请同时立案并共为本专利申请的受让人所有，其全部内容特意被本文参考引用。
本发明一般地涉及那些通常用来观察/拍摄天体的望远镜，更具体点说，涉及一种具有智能马达控制器的望远镜系统，可准确地控制望远镜的位置并准确地控制望远镜的移动速率来方便对天体的跟踪。本发明还具有一个光学编码器，该编码器使用两个在相位上相差90°的光探测器来加强对望远镜定位马达的伺服控制，一个校正线路用来确保编码器与具有可变亮度特性的发光二极管(LED)及/或具有可变灵敏度的光探测器可靠地操作，和一个能将电力供到位在叉形件内的纬度驱动马达上的可转动的支座，使当该支座转动时电力/控制电缆不会不合适地缠绕在支座上。
用来观察及/或拍摄各种天体如行星、月球、星座、银河、星状体、彗星、星云等的望远镜是大家都知道的。这种望远镜的尺寸范围可以小到容易被携带，大到永久地固定在观象台上。较小的望远镜通常被学者、爱好者和业余天文学家使用，而较大的望远镜一般只是被研究人员和天文学家使用。
望远镜的普通型式有折射式望远镜、反射式望远镜、Schmidt-Cassegrain望远镜和Maksutov-Cassegrain望远镜四种。折射式望远镜有一收集光线的物镜将收集的光聚焦在目镜上。目镜与物镜合作便可得到所需的放大。
反射式望远镜采用第一镜来收集光线，和第二镜将收集到的光线通过望远镜管内的孔眼反射到目镜上。目镜装在管上，通常靠近管的前端，与管正交。目镜与第一镜合作便可得到所需的放大。
Schmidt-Cassegrain望远镜与反射式望远镜相似，只是其第二镜在反射收集到的光线时系通过第一镜内的孔眼而不是通过管内的孔眼。这样，目镜便能直接设置在第一镜的后面，这对某些型式的观察和拍摄比较方便。另外，光线进入Schmidt-Cassegrain望远镜时通过一个被称为校正板的薄而两边非球形的透镜。还有，第二镜为外凸的，为的是增加第一镜的有效焦距。
Maksutov-Cassegrain望远镜与Schmidt-Cassegrain望远镜相似，只是光线进入该望远镜时系通过一个弯月形透镜，并且采用一个加大的第一镜来提供一个不模糊的视域。
在用任一种望远镜观看天体时都必需不断移动望远镜使它保持与天体合适地对准，这是必要的因为要补偿地球对宇宙的旋转。只有不断地重新调准望远镜才能在地球环绕其轴线旋转时将所需观察的天体保持在望远镜的视域内。
上述各种型式或任何其他合适型式的较小的便携望远镜通常被安装在一个三脚架上以便携带并在不平的土地上使用。
两种不同型式的支座，即经纬式和赤道式，通常被用来可拆卸地将望远镜连结到三脚架上。经纬式支座比较牢固和稳定，但当望远镜用手动瞄准时，较难保持与所需天体对准。经纬式支座只有两根互相垂直的旋转轴线，因此使它本身比赤道式支座较为牢固和稳定。纬度旋转使该望远镜可相对于支座环绕水平轴线旋转，而经度旋转使该望远镜可环绕垂直轴线旋转。为了使具有经纬式支座的望远镜保持与所需天体对准，一般需要使望远镜环绕纬度和经度两根旋转轴线旋转，因为当地球旋转时天体的位置在纬度上和经度上都会变化。
赤道式支座能使望远镜较为容易保持与所需天体对准，因为只需环绕一根轴线旋转便可保持这种对准。在赤道式支座中，两根正交轴线被这样设计，使其中一根轴线能容易地对准得与地球的旋转轴线平行。一旦这种与地球旋转轴线的对准完成，望远镜便只需环绕另一根轴线旋转来保持与所需天体的对准。
但为了使一根轴线容易对准得与地球的旋转轴线平行，必需设置另外两根正交的对准轴线(与经纬式支座的两根轴线相似)。因此，赤道式支座实际上为经纬式支座加两根另外的轴线，共有四根不同的对准轴线。由于多一根轴线少一分稳定性，因此赤道式支座不能像经纬式那样稳定。
虽然这种当代望远镜一般被证明为有用而尽职的，但它们仍有缺点致使其总体效率降低。例如，电动的望远镜当使用较高的放大倍数时往往缺少所需的精度，不能对较暗淡的天体可靠地定位(在计算机控制下)，因此，为了对所需天体定位并将所需天体定位在望远镜视域中心，经常需要做冗长的手动调整。
因此需要提供一种电动望远镜系统，该系统具有足够的精度，能够一般地确定所需天体的位置而可不需对望远镜作过多的手动调整。
另外，当天体由于地球的旋转而在天空中越过时，许多电动望远镜不能准确地跟踪一个天体(还是在计算机控制下)。虽然电动望远镜常能提供一定的跟踪能力，但它往往不够准确，不能使天体摄影容易进行。经常，这种跟踪是这样完成的，只是当望远镜被确定已基本上与所需天体脱离对准时才使望远镜的驱动马达步进一下。这样造成的望远镜的不稳定的和不规则的运动会使高质量的摄影发生很大的误差。
虽然现有技术力图用跟踪时连续运转的望远镜驱动马达来解决这个问题，但这种望远镜系统一般仍然不能提供令人满意的结果。为了维持所需的跟踪，这种马达的速率必须经常改变。但这种马达速率的变化本身就会造成对准误差，因为被跟踪的天体是以恒定的速率移动的。另外，即使维持一个稳定的速率也不能使天体摄影容易进行，除非所维持的速率与所需的跟踪速率足够接近以致使被摄影天体的位置在视域内保持在接近相同的位置上。当然，在需要纬度放大倍数和长时间曝光的时候，具有将要被拍摄的天体保持在望远镜的视域内所需位置上的能力是最重要的。
因此需要提供一种电动望远镜系统，在该系统中望远镜驱动马达在跟踪时能以基本上稳定而准确的速率运转，使要被拍摄的天体能够在一段长时间内保持在望远镜视域内的所需位置上。
另外，在初始定位的过程中，驱动马达会把所需天体的位置调过头，这时可能需要用手动来调整电动望远镜。随着望远镜的位置接近与所需天体对准，除非驱动马达放慢速率，否则惯性可能会使望远镜略微越过预期的对准位置，这在采用较高放大倍数时较易发生。由于望远镜的光学能力不断在提高，马达驱动系统的准确而又可靠地将望远镜定位的能力变得更为紧要。
因此需要提供一种望远镜系统，该系统在移动望远镜使与所需天体对准时可减少过调。
另外，在制造将位置反馈到电动望远镜的光学编码器时遇到的问题是要为编码器组合件选用合适的发光二极管(LED)。这种LED为了能在编码器组合件内适当地发挥功能，其亮度必须在所需的范围内。如果LED的亮度不够，那么编码器所产生的脉冲将具有不够的宽度，这样当来自两个光探测器的脉冲应当重叠时，它们将不重叠；而当LED的亮度过大时，脉冲将具有过大的宽度，这样来自两个光探测器的脉冲将会在不应当重叠时重叠。总之，如果LED的亮度不正确，将会阻止编码器组合件进行适当的相位差90°的操作。
因此最好光探测器所提供的输出具有一个基本上为正方的波形，即脉冲的角部没有被显著地倒圆，而脉冲的上升边和下降边一般都是垂直的。这一点是将光探测器的输出直接送往微处理器所必需的。如果脉冲的波形基本上退化，即具有基本上倒圆的转角及/或斜度过大的上升边和下降边，那么光探测器的输出必须经过调整才能成为适宜输入微处理器的信号。微处理器被用来在给定的时间段内核计输入的脉冲数，据以确定脉冲产生的速率。成形不够好的脉冲将不被计入，由此会得出位置及/或望远镜驱动马达速率的错误确定，这将有害地影响驱动马达系统准确地将望远镜定位的能力。
如果LED的输出过弱，那么光探测器形成的脉冲将会被倒圆。而脉冲的最大波幅可能要在稍后在编码器将光开启到光探测器以后才被照到，这将使脉冲过窄并且可能有被减小的波幅，脉冲的上升边将被很差地形成，脉冲有可能不能被微控制器辨认。
如果LED的输出过强，那么输出脉冲容易变得过宽，甚至可能开始重叠在邻近的脉冲上，致使它们相互间难以区别，特别是在马达速率较高时。所以如此是因为从LED发出的光被周围的结构反射，在编码器还没有对准将门开启让光通过之前就已开始照到光探测器上，甚至在编码器停止开启不让光通过之后还继续照到光探测器上的缘故。这样微控制器将不能辨认各个脉冲，又将提供不准确的计数。
在尝试缓解这个问题时，当代实践要求LED在被装配到编码器组合件内之前必先经过试验，只有那些亮度在所需范围内的LED才能被使用。但这种试验是费时而又费钱的过程。
另外，光探测器的灵敏度能在相当大的范围内变化。实际上，LED和光探测器通常是匹配成对出售的，既考虑LED亮度的变化，也考虑光探测器灵敏度的变化。
在编码器组合件内，最好所提供使用的LED具有范围较宽的亮度，所提供的光探测器具有范围较宽的灵敏度，而不有害地影响到编码器的准确度和可靠性。
在使用电动望远镜时有一个偶而会遇到的问题，即当在一长段时间内跟踪天体进行观察或摄影而使望远镜在经度上转动时，控制及/或电力电缆会不合适地扭曲或卷绕在望远镜的周围。电动望远镜的纬度马达一般装在望远镜支座上的通常为叉形件的旋转部分上。这样，当望远镜在经度上转动时将电力及/或控制信号供给纬度马达的电缆便会缠绕到支座上。
如果电缆被紧紧缠绕在支座上，就会造成损害，随着支座的继续转动，电缆可能被拉得更紧，电缆及/或其连接件会断裂，望远镜甚至能被摇动颠覆，造成重大损害。
为了缓解上述问题，曾采用滑动环来将电力及/或控制信号从望远镜支座的固定部转移到其旋转部分。但这种滑动环容易引起磨损和被污染的问题，磨损和被污染都会使滑动环的电接触不良以致难于被维修、不能可靠地使用。
因此需要提供一种机构来缓解这个问题。
本发明可缓解现有技术的上述这些问题。虽然本发明在本文论述的是用来观察/拍摄天体的望远镜系统，但这种系统也可用来观察/拍摄地面景物。例如用在自然摄影中可方便在远距离进行摄影，使野生动物不被惊扰。因此本文所论述的天体观察/摄影，只是举例性的，不是限制性的。
具体地说，本发明的望远镜系统具有一个望远镜、一个支承望远镜的三脚架、一个将望远镜连结到三脚架上使它容易环绕两根一般正交的轴线旋转的支座、和至少一个控制器/马达驱动机构的组合件用来实施望远镜的环绕两根一般正交轴线的所需旋转。最好具有两个控制器/马达驱动机构的组合件，而将两个组合件分别用来实施环绕两根一般正交轴线中的一根轴线旋转。
每一个控制器/马达驱动机构组合件都各有一个马达偶联得可使望远镜环绕两根一般正交轴线中的一根轴线转动，一个控制线路偶联得可驱动马达，和一个编码器偶联得可将马达的反馈提供给控制线路使望远镜的位置控制得以增强。控制线路被设计成与编码器协作可驱使马达按所需将望远镜定位。
马达最好为直流(DC)马达。DC马达不贵并且只要改变施加在其上的电压及/或脉冲宽度(如在脉冲宽度调制控制中)便可控制其速率和方向。
控制线路最好具有一个微控制器，最好为PIC 16C54或类似的微控制器，本行业的行家当可知道一般用途的微处理器可被替代使用。另外，专用线路最好为极大规模集成电路VLSI可被使用。
编码器最好为光学编码器，有一带辐条或带的轮子可交替堵塞和传送光线。或者，各种其他型式的编码器如磁的、电的等可类似地被使用。
按照本发明的较优实施例，编码器轮被直接连结在马达轴上。但，本行业的行家当可知道编码器轮也可设在将马达的旋转运动传送到望远镜的齿轮轮系上。应该知道的是将编码器设在靠近马达的地方可提高分辨率，因为马达转动得比齿轮轮系的其他部分快。
按照本发明的较优实施例，有一个LED将光线投向编码器轮，有两个光探测器接受来自编码器的光，这样来使编码器按90°的相位差操作，下面将详述。
控制电路最好被设计成控制望远镜移动的一个速率，这样来使准确跟踪要被观察/摄影的天体容易进行。另外，控制电路最好被这样设计使当望远镜接近所要到达的位置时，马达驱动望远镜的速率能放慢，以免望远镜被过调。
控制电路可任意选用这样的设计，即在接受一个代表望远镜所要转动角度的信号后，使望远镜按该角度转动。控制电路还可任意选用这样的设计，即将望远镜的现有位置存储起来，而在接到望远镜所需新位置后，计算这两个位置之间的差异，然后使望远镜大致按该计算的差异移动。
按照本发明的较优实施例，设有多个传感器，最好为两个光探测器，让它们接受来自光源如LED并通过编码器轮的光。编码器轮交替地让光通过和阻止光通过。由于编码器轮的运动正比于马达的速率，因此光传感器的输出可代表马达的速率。两个光传感器被偶联在一起将代表马达速率的信号送到控制电路使马达的伺服控制容易进行。
两个光传感器最好被设计成按90°的相位差操作，它们互相间隔开一个距离，这个距离约为沿径向伸出的齿的间距的一半，因此它们能够感知编码器轮的中间位置，这是只用一个光传感器时所不能感知到的。较具体点说，采用两个光传感器按90°相位差的设计可感知编码器轮的下列四种位置，即两个传感器都被堵塞，第一传感器不堵塞、第二传感器堵塞，第一传感器堵塞、第二传感器不堵塞，和两个传感器都不堵塞。由于单个光传感器只能感知两个位置即堵塞和不堵塞，因此按90°相位差操作可使编码器轮的分辨能力增加一倍，这样就能增强对望远镜的位置控制。更重要的是，按90°相位差操作能容易地确定马达的旋转方向。
按照本发明的较优实施例，有一校正电路偶联到控制电路上和光源上以资将光源的亮度设定在所需的水平。光传感器被偶联到光源上以资将代表光源亮度的信号送给控制电路，控制电路被设计成能从该信号确定光源的亮度，并能改变光源的亮度使它保持在所需范围内。
这样在制造编码器组合件时就可采用未经试验的LED和光探测器，而可不必在制造之前先要验证LED的亮度和光探测器的灵敏度。取消这种对LED和光探测器的试验或预选可显著地减少制造编码器组合件的成本。
另外，具有改变LED的亮度的能力还可缓解LED在其整个使用寿命中由于老化和污染而发生的亮度变化引起的问题。本行业的行家都知道，LED在其使用寿命中亮度是会变化的，而且LED在受到污染时亮度会显著减弱，这样就需要对编码器组合件进行不希望有的、费时的维修。
校正电路最好具有多个电阻，它们被安排得可有选择地与LED串联，从而限制通过LED的电流使LED提供所需的亮度。控制电路感知LED的亮度并选择提供所需亮度要用到的电阻。最好，每个电阻都可开关、多个电阻互相平行地设置并与LED串联。
按照本发明的较优实施例，有一电动支座将望远镜连结到三脚架上以便按需要使望远镜定位。电动支座具有一个基部固定地连结在三脚架上，有一叉形件通过叉枢轴枢支地连结在基部以便使望远镜在各经度上转动。望远镜被枢支地连结在叉形件上以便使望远镜转动到所需纬度。有一经度马达被连结到基部上并偶联得可转动叉形件。有一纬度马达被连结到叉形件上并偶联得可转动望远镜。有一电缆从基部延伸到纬度马达，最好通过叉形件，用来将电力供到纬度马达上，最好经过一个控制器/马达的界面或经过一个用手握持的马达控制器。
为了缓解电缆缠绕在支座及/或三脚架上的问题，设有停止挡以限制望远镜环绕经度轴线的转动。较具体点说，有一基部停止挡设在基部上，有一叉停止挡设在叉形件上，还有一个中间停止挡可相对于基部和叉形件独立旋转。当叉形件相对于基部的转动小于两圈时，叉停止挡对接在中间停止挡上，而中间停止挡对接在基部停止挡上。这样把叉形件相对于基部的转动限制在两圈以内可限制电缆缠绕在叉枢轴、支座及/或三脚架上。
叉停止挡最好具有一根设在叉形件上并从叉形件挂下的立柱，与此类似，基部停止挡最好具有一根设在基部上并从基部向上突起的立柱。叉停止挡和基部停止挡最好这样设计使当叉形件相对于基部旋转时这两停止挡互不干涉。
最好，中间停止挡被设计成环绕叉枢轴旋转。中间停止挡最好由一个从叉枢轴伸出并可旋转地连结在其上的杠杆形成。
由上可见，本发明的望远镜系统不仅具有智能马达控制器可用来准确地控制望远镜的位置和精密地控制望远镜的移动速率，方便对天体的跟踪；而且还具有一个采用两个LED的光学编码器可增强对望远镜定位马达的伺服控制，一个校正电路可确保编码器和具有亮度变化特性的LED的可靠的操作，以及一个没有电刷的支座可用来将电力供到位在叉形件内的纬度驱动马达上。
在考虑下面的详细说明、权利要求和附图后，可对本发明的特点、方案和优点有较完整的了解，其中
图1为望远镜被一三脚架支承的望远镜系统的透视图；图2为图1中的望远镜的经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件的平面图；图3为图1中的电动支座的基部的透视图，基部的上侧已转到下方以便示出经度马达/减速齿轮/蜗轮的组合件和马达控制器的印刷电路板；图4为图1中的电动支座的基部的透视图，示出叉形件组合件的底部(基板)、基部停止挡、叉停止挡和中间停止挡；图5为叉形件组合件的一个臂部的透视图，示出纬度马达/减速齿轮/蜗轮的组合件；
图6为图5中纬度马达/减速齿轮组合件的分解透视图；图7为图5中纬度马达/减速齿轮组合件的平面图；图8为按照本发明的振动隔离蜗杆组合件的透视图；图9为图8中振动隔离蜗杆组合件的剖视图；图10为本发明的马达控制器的电路图；图11为本发明的控制器/马达界面的电路图；图12为图11中控制器/马达界面的连接件的透视图。
下面列出的详细说明是要说明本发明目前较优的实施例，该实施例并不代表本发明可被制造或应用的惟一形式。在说明中列出本发明的构造和功能以及结合所示实施例操作本发明的工步顺序。但应知道同一或等同的功能是可用不同的实施例来完成的，这些不同的实施例亦应包括在本发明的创意和范围内。
现在参阅图1，本发明的望远镜系统10具有一个被三脚架14支承的望远镜12，望远镜被连结到一支座上，该支座由一基部78、基板84、及臂87和89构成。臂87和89固定地连结到基板84上并从其上伸出。基板84及臂87和89构成一个叉形件19，该叉形件可旋转地连结在基部78上。基部78和叉形件19使望远镜12容易环绕两根正交轴线旋转，即一根由第一枢轴形成的纬度轴线，它可使望远镜相对于叉形件旋转，和一根由第二枢轴形成的经度轴线，它可使叉形件19相对于基部78旋转。
最好，本发明被这样设计，使三脚架能被拿掉，望远镜能被设置在一个平坦而又水平的表面如桌面上，这样望远镜就被支承在支座上，支座的垂直轴线形成经度轴线，而支座的水平轴线形成纬度轴线。
现在参阅图2，其中示出图1中望远镜用的经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件。马达52最好以约0到约15,000RPM(转/分)的转速运转以资提供足够的转矩使望远镜12环绕经度轴线旋转。马达52最好为DC(直流)马达，只要改变施加在其上的电压及/或一系列脉冲的脉冲宽度便可改变其转速。减速齿轮54提供的齿轮比约为205.3比1，可用来减少转速、增加转矩。马达52和减速齿轮组合件54都装在一个平台56上。马达52最好通过震动/振动隔离支座装在平台56上，以免将马达52的不希望有的振动传到望远镜12上，引起其视域的不希望有的运动。平台56也类似地隔离震动/振动，下面将详细说明。
第一齿轮58被连结到马达52的轴62上，编码器轮60也被连结到马达52的轴62上，并且最好在第一齿轮58上制成。第一齿轮58驱动中间齿轮64，中间齿轮64又驱动输出齿轮66以获得所需的齿轮比。输出齿轮66具有联轴节68以便将蜗轮组合件70连结在其上。最好，蜗轮组合件70的轴72被接纳并接合在输出联轴节68内，使输出齿轮66的旋转运动传到轴72上。在蜗轮组合件70的轴72上制有蜗杆74，轴72与蜗杆支座76之间也被隔离震动/振动，下面将详细说明。
参阅图3，经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件50最好用螺纹紧固件如螺栓或螺钉连结到望远镜支座的基部78上，该组合件50的平台56则通过震动/振动隔离件如橡胶O形环等连结到基部78上，隔离件最好位在螺纹紧固件的周围，紧固件将平以56连结到基部78上的方式犹似图5所示将平台114连结到臂87上那样。而基部78则固定地连结在三脚架的头上。图3所示的基部78的上侧在下，为的是清楚地示出位在其内的马达/减速齿轮/蜗轮组合件50。蜗杆74驱动蜗轮80，速比最好约为60比1，蜗轮80通过一个离合器连结在经度枢轴82上。该轴82可旋转地连结在基部78上并固定地连结在旋转的基板84上，在该基板84上连结着望远镜的支座叉使望远镜12容易在经度上转动。在印刷电路板51上制有马达控制电路，如下所述。
参阅图4，图3中的基部78倒转成为正常状态。装有叉形件19和望远镜12的旋转基板84通过经度枢轴82连结到基部78上时，可设法使旋转基板84相对于基部78的转动小于两圈，也就是使望远镜12相对于三脚架14的转动小于两圈。这种对转动的限制可缓解电缆(未示出)的不希望有的缠绕。电缆是将电力及/或控制信号供到纬度驱动马达85用的，该马达位在叉形件的一个臂87内，在该叉形件上枢支地连结着望远镜12。电缆可位在基部78内(通过旋转基板84上的孔而连接到马达85)，这样当基板84旋转时，电缆容易卷绕在经度枢轴82上；电缆也可位在基部78、叉形件或三脚架的外侧，这样当基板84旋转时，电缆容易卷绕在基部78上；如上所述，这种卷绕是不希望有的。
较具体点说，基板84具有一个停止挡最好由向下伸出的立柱86构成，而基部78也具有一个停止挡最好由向上伸出的立柱96构成，这两个立柱被这样设计使当基板84相对于基部78旋转时可以互不干涉。
中间停止挡88被这样设计，最好使它能环绕经度枢轴82旋转，而且当基板84相对于基部78的转动到正好小于两圈时，向下伸出的立柱86可与中间停止挡88对接，而中间停止挡88又与向上伸出的立柱96对接，这样来停止基板84对基部78的继续旋转，从而缓解不希望有的电缆的缠绕。
按照本发明的较优实施例，中间停止挡88由一包围并可环绕枢轴82旋转的环构成，最好枢支地连结在基部78上制出的凸台112上。中间停止挡88最好具有第一90、第二92和第三94三个突部。当基板84顺时针向旋转时，第一突部90与基部78的向上伸出的立柱96接触；而当基板84逆时针向旋转时，第一突部90与基板84的向下伸出的立柱86接触。与此类似，当基板84顺时针向旋转时，第三突部94与向下伸出的立柱86接触，而当基板84逆时针向旋转时，第三突部94与向上伸出的立柱96接触。
最好，第一90和第三94突部具有足够的易弯曲性，并且在向下伸出的立柱86与中间停止挡88对接而中间停止挡88与向上伸出的立柱96对接时能略微弯曲，借此缓冲基板的停止旋转。中间停止挡88的第二突部限制第一突部90和第三突部94的这种弯曲。在第一突部90和第三突部94的根部制出的凹腔98可提高其易弯曲性使这种弯曲容易进行。
控制器/马达界面100可使手持的马达控制器容易地通过插口104与经度马达52和纬度马达85进行电路连接。辅助插口102和110可使另外一些装置如数据记录仪、个人计算机、地球定位系统(GPS)、电子水准仪、CCD摄影机、RS-232端口、互联网连接线等容易进行电路连接。电力插口106可方便将电源接到经度马达52和纬度马达85上。当电力通过电力插口106供应并且开关合上时，电力指示灯107会点亮。
参阅图5，其中示出叉形件的一个臂87，其上枢支地连结着望远镜12使其纬度调节容易进行。有一与图2和3中的经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件50相似的纬度马达/减速齿轮/蜗轮组合件112装在臂87内。马达85和平台114也采用类似的震动/振动隔离安装如同下面的详细说明。螺纹紧固件120将平台114连结到臂87上。位在每一个螺纹紧固件120周围的橡胶O形环124设在平台114的两侧使平台114夹在两个O形环之间。最好还采用塑料衬套或套筒垫圈122来限制螺纹紧固件120的旋紧程度以免O形环被过分压缩。
虽然纬度马达/减速齿轮/蜗轮组合件112的实体设计或布置与经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件50略有不同，但这个不同只是为了适应装配在臂87内与装配在基部78内不同而设，纬度马达/减速齿轮/蜗轮组合件112的构件(特别是马达85、减速齿轮组合件113和蜗轮组合件111)在结构和功能上都与经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件50的构件相似。
蜗轮115被蜗杆109驱动并且通过离合器连结到纬度枢轴(未示出)上，该枢轴又牢固地连结到望远镜安装支架116上，最好通过斜楔117。而望远镜安装支架116则最好通过设在孔118内的螺纹紧固件牢固地连结在望远镜上，使蜗轮115的转动引起望远镜12的相似转动。
参阅图6和7，其中示出纬度马达85和纬度减速齿轮113的进一步细节。马达85通过震动/振动隔离件装在平台114上。平台114由下平台部114a和上平台部114b组成，隔离件由橡胶O形环130和弹性马达支座132组成。O形环130设在马达85的凸台134的周围并分别被下平台部114a和上平台部114b的缺口136和138卡住。弹性支座132连结到马达85的后部并将马达85的后部装在平台114上。
马达驱动机构，特别是在较大的望远镜系统中，会产生相当大的听觉噪声使人烦恼。而O形环130和弹性支座132可显著地减少噪声。
第一齿轮140连结到马达85的轴142上。编码器轮144最好与第一齿轮140制成一个整体。中间齿轮150、152、154和156由第一齿轮140驱动并被设计得可提供所需的齿轮速比。输出齿轮160通过齿轮161可方便地将减速齿轮组合件113连结到蜗轮组合件111(图5)上。中间齿轮152和154定位在轴155上，中间齿轮150和156以及输出齿轮160则定位在轴157上。
在印刷电路板162上制有马达控制电路用来对马达85进行精密控制，下面将详细说明。
参阅图8和9，蜗杆74、109最好有震动/振动隔离免得不合适地将振动从马达传到望远镜上。经度马达/减速齿轮/蜗轮组合件50的蜗杆74和纬度马达/减速齿轮/蜗轮组合件113的蜗杆109基本相同，下面一并予以说明。
通过弹性材料如两个弹性的O形环172将蜗杆79、109连结到支架170上来取得震动/振动隔离。两个弹性O形环被夹持在支架170和两个轴套174之间(从图9可最好地看到)，而蜗杆的轴72在两轴套之内旋转。两个碟形垫圈176分别被设在轴72的一端上的螺帽180及用螺纹紧固件176连结在轴72另一端的输出齿轮68、161抵压在邻近的平垫圈178上。螺纹紧固件178将蜗杆支架170连结到基部78和臂87上。
弹性O形环可为望远镜提供相当大的减振能力。本行业的行家知道，不经意地叩击或碰撞望远镜可能在望远镜上产生的振动或振荡有时可持续到30秒以上。这种振荡或振动非常不好，因为它能使视域显著移动，从而妨碍观察及/或摄影，而用这种弹性O形环172来安装蜗杆74可显著减少这种振荡或振动。
参阅图10，其中示出驱动马达52、85的电路图。由于驱动经度马达52和纬度马达85的电路基本相同，下面一并予以说明。
控制电路200接收来自编码器电路204的伺服反馈信号并提供马达驱动信号，其波幅及/或脉冲宽度确定马达52、85的速率，这样通知驱动电路206让它提供所需的动力来驱动马达52、85。校正电路208保证编码器的正确操作，下面将说明。
控制电路200最好具有一个PIC 16 C 54微控制器202，可从其输入端RB0和RB1分别接收编码器电路的来自光探测器212、214的信号，这些信号指出马达的速率和相对旋转位置。编码器电路具有一个发光二极管210，它将光发到编码器轮60、144上，在编码器轮60、144的辐条和轮齿之间通过的光线被两个按90°相位差操作的光探测器212和214接收，按90°相位差操作可提高伺服反馈控制的分辨力，如前所述。
微控制器202被偶联得可从其输出端RA2和RA3将马达驱动控制信号送给马达驱动电路206。DC马达可在任一方向被驱动使望远镜12按需定位。场效应晶体管216和218响应微控制器202输出端RA2发出的信号，合作将具有第一极性的驱动信号发给马达52、85使它在第一方向被驱动。场效应晶体管220和222响应微控制器202输出端RA3发出的信号，合作将具有第二极性的驱动信号发给马达52、85使它在第二方向被驱动。双极晶体管224和226分别与场效应晶体管218和222合作，可使场效应晶体管218和222分别将与场效应晶体管216和220所提供信号的极性相反的信号提供给马达52、85。这样便可在微控制器202的指挥下提供动力使马达52、85以所需转速在所需方向上被驱动。
驱动马达52、85的转速最好由脉冲宽度调制(PWM)来控制，按照公知的原理，马达的转速正比于一系列施加在其上的脉冲的宽度。这样望远镜移动的快慢便可由增减脉冲宽度来控制。另外，按照公知的原理，也可改变脉冲的数目及/或脉冲的电压来得到所需的控制，可任意选用。
发光二极管LED 210的亮度可由光探测器发到微控制器202输入端RB0和RB1的信号的波幅来确定。微控制器202可在六个输出中选择一个发给校正电路208使LED 210具有所需的亮度。较具体点说，可在出口端RB2到RB7中选择一个将与LED 210串联而自身并联的230到235的六个电阻器选择一个使它起作用，这样来改变通过LED 210的电流使LED 210的亮度改变而被保持在所需的范围内。
电压调节器240与电容器242和244及电感器246合作可接受来自连接器JP2的12V DC的电力并提供调整的直流电压。晶体振荡器248与电容器250和252合作可产生微控制器202用的时钟信号，或者可用陶瓷谐振器来代替晶体振荡器248。
现在参阅图11和12，电路连接板260可方便手持控制器与电动望远镜支座的马达的连接。连接板260是界面100的另一种形式，两者都可使用。连接板260可适应经纬式支座和赤道式支座两种支座的马达使用。在图11和12中，276(指标号，下同)为电力连接器，供接入12伏直流电(12V DC)用。272为发光二极管(LED)，274为电阻用来限制通过LED272的电流。270、268、266均为四销(RJ-11I/O(进出)端口，262为八销RJ-11 I/O端口。手持控制器通过262与270、268、266连接，270供连接辅助装置的辅助数据和辅助时钟信号用，268供连接下倾马达(赤道式支座)或纬度马达(经纬式支座)用，270供连接上升马达(赤道式支座)或经度马达(经纬式支座)用。连接时数据信号和时钟信号分别用两条隔开的导线传送，因此设有双线界面(时钟和数据)可方便用手持控制器来控制望远镜的驱动马达。
应该知道，本文所说明的示范的望远镜系统只是本发明目前较优的实施例。实际上在不离开本发明的创意和范围的情况下是能够作出各种修改和增添的。例如，虽然本文说明的是用于经纬式支座的马达控制，但本发明也可用于赤道式及/或其他合适型式的望远镜支座上，因此本文只是举例性的，并不是限制性的。
权利要求
1.一种通常用来观察/拍摄天体的望远镜系统，具有一个望远镜；一个支承望远镜的三脚架；一个将望远镜连结到三脚架上的支座，使望远镜能环绕两条一般为正交的轴线运动；至少一个控制器/马达组合件，该组合件具有一个马达偶联得可使望远镜环绕两条一般为正交轴线中的一条转动；一个控制电路偶联得可驱动马达；一个编码器偶联得可从马达反馈到控制电路以资增强对望远镜位置的控制；其中控制电路与编码器合作可使马达按需将望远镜定位，从而增强对天体的定位和跟踪。
2.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，马达为DC马达。
3.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制电路具有一个微控制器。
4.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制电路具有一个PIC 16 C 54微控制器。
5.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制系统具有一个微处理器。
6.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，编码器为一光学编码器。
7.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，编码器具有一个编码器轮。
8.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，编码器具有一个位在马达轴上的编码器轮。
9.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，编码器具有一个位在马达轴上的编码器轮；一个将光线投向编码器轮的LED；一对接收来自编码器的光线的光探测器，将该光调制成可代表马达的转速。
10.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制电路设计得可控制望远镜的移动速率以资跟踪要被观察/拍摄的天体。
11.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制电路设计得当望远镜接近所需位置时可减少望远镜的移动速率以免过调。
12.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制电路设计得可接收一个代表望远镜所要移动角度的信号并使望远镜大致按该角度移动。
13.根据权利要求1的望远镜系统，其特征在于，控制电路设计得可存储望远镜的现在位置和所需的新位置，计算这两个位置间的差异，并使望远镜大致按该计算的差异移动。
14.一种通常用来观察/拍摄天体用的望远镜的控制器/马达组合件，具有一个马达偶联得可使望远镜环绕两条一般为正交轴线中的一条转动；一个控制电路偶联得可驱动马达；一个编码器偶联得可从马达反馈到控制电路以资增强对望远镜位置的控制；其中控制电路与编码器合作可使马达按需将望远镜定位，以资增强对天体的定位和跟踪。
15.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，马达为DC马达。
16.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路具有一个微控制器。
17.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路具有一个PIC 16 C 54微控制器。
18.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路具有一个微处理器。
19.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，编码器为一光学编码器。
20.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，编码器具有一个编码器轮。
21.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，编码器具有一个位在马达轴上的编码器轮。
22.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，编码器具有一个位在马达轴上的编码器轮；一个将光线投向编码器轮的LED；一对接收来自编码器的光线的光探测器，将该光调制成可代表马达的转速。
23.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路设计得可控制望远镜的移动速率以资跟踪要被观察拍摄的天体。
24.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路设计得当望远镜接近所需位置时可减少望远镜的速率以免过调。
25.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路设计得可接收一个代表望远镜所要移动角度的信号并使望远镜大致按该角度移动。
26.根据权利要求14的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路设计得可存储望远镜的现在位置和所需的新位置，计算这两个位置间的差异，并使望远镜大致按计算的差异移动。
27.一种通常用来观察/拍摄天体的望远镜系统，具有一个望远镜；一个支承望远镜的三脚架；一个将望远镜连结到三脚架上的支座；至少一个控制器/马达组合件用来使望远镜相对于三脚架而移动，该组合件具有一个马达；一个控制电路偶联得可驱动马达；一个光源；多个接收来自光源的光线的光传感器；一个编码器轮可交替地允许和阻拦光线从光源投向光传感器，编码器轮的运动可代表驱动马达的运动；其中光传感器偶联得可将代表马达运动的信号供给控制电路以资增强对马达的伺服控制。
28.根据权利要求27的望远镜系统，其特征在于，光源为一发光二极管(LED)。
29.根据权利要求27的望远镜系统，其特征在于，所说多个光传感器为两个光传感器。
30.根据权利要求27的望远镜系统，其特征在于，所说多个光传感器为两个按90°相位差操作的光传感器。
31.根据权利要求27的望远镜系统，其特征在于，所说多个光传感器为光敏二极管。
32.根据权利要求27的望远镜系统，其特征在于，编码器轮具有多个沿径向延伸的辐条，可交替地允许和阻拦光线从光源投向光传感器。
33.根据权利要求27的望远镜系统，其特征在于，马达为DC马达。
34.一种通常用来观察/拍摄天体的望远镜移动用的控制器/马达组合件，具有一个马达；一个控制电路偶联得可驱动马达；一个光源；多个接收来自光源的光线的光传感器；一个编码器轮可交替地允许和阻拦光线从光源投向光传感器，编码器轮的运动代表驱动马达的运动；其中光传感器偶联得可将代表马达运动的信号供给控制电路以资增强对马达的伺服控制。
35.根据权利要求34的控制器/马达组合件，其特征在于，光源为一发光二极管(LED)。
36.根据权利要求34的控制器/马达组合件，其特征在于，所说多个光传感器为两个光传感器。
37.根据权利要求34的控制器/马达组合件，其特征在于，所说多个光传感器为两个按90°相位差操作的光传感器。
38.根据权利要求34的控制器/马达组合件，其特征在于，所说多个光传感器为光敏二极管。
39.根据权利要求34的控制器/马达组合件，其特征在于，编码器轮具有多个沿径向延伸的辐条可交替地允许和阻拦光线从光源投向光传感器。
40.根据权利要求34的控制器/马达组合件，其特征在于，马达为DC马达。
41.一种通常用来观察/拍摄天体的望远镜系统，具有一个望远镜；一个支承望远镜的三脚架；一个将望远镜连结到三脚架上的支座；至少一个控制器/马达组合件用来使望远镜相对于三脚架而移动，该组合件具有一个马达；一个控制电路偶联得可驱动马达；一个光源；至少一个接收来自光源的光线的光传感器；一个编码器轮可交替地允许和阻拦光线从光源投向光传感器，编码器轮的运动代表驱动马达的运动；一个偶联到控制电路和光源上的校正电路可将光源的亮度设定在所需水平上；其中光传感器偶联得可将代表马达运动的信号供给控制电路以资增强对马达的伺服控制。
42.根据权利要求41的望远镜系统，其特征在于，校正电路具有多个与光源串联可选择地开关的电流限制电阻可改变通过光源的电流。
43.根据权利要求42的望远镜系统，其特征在于，控制电路设计得可确定光源的亮度。
44.一种通常用来观察/拍摄天体的望远镜的控制器/马达组合件，具有一个马达；一个控制电路偶联得可驱动马达；一个光源；至少一个接收来自光源的光线的光传感器；一个编码器轮可交替地允许和阻拦光线从光源投向光传感器，编码器轮的运动代表驱动马达的运动；一个校正电路偶联到控制电路和光源上可将光源的亮度设定在所需的水平；其中光传感器偶联得可将代表马达运动的信号供给控制电路以资增强对马达的伺服控制。
45.根据权利要求44的控制器/马达组合件，其特征在于，校正电路具有多个与光源串联可选择地开关的电流限制电阻可改变通过光源的电流。
46.根据权利要求45的控制器/马达组合件，其特征在于，控制电路设计得可确定光源的亮度。
47.一种通常用来观察/拍摄天体的望远镜系统，具有一个望远镜；一个支承望远镜的三脚架；一个将望远镜连结到三脚架上用来使望远镜定位的电动支座，具有一个固定地连结在三脚架上的基部；一个通过叉枢轴枢支地连结在基部上可使望远镜在经度上容易转动的叉形件，而望远镜枢支地连结在叉形件上使望远镜在纬度上容易转动；一个连结在基部上的经度马达，偶联得可转动叉形件；一个连结在叉形件上的纬度马达，偶联得可使望远镜转动；一根从基部延伸到纬度马达的电缆用来使纬度马达在电路上连通；一个在基部上制出的基部停止挡；一个在叉形件上制出的叉停止挡；一个中间停止挡设计得可与基部和叉形件无关地转动；当叉形件相对于基部的转动不到两圈时叉停止挡便可对接在中间停止挡上，而中间停止挡可对接在基部停止挡上，这样便可限制电缆缠绕在叉枢轴上。
48.根据权利要求47的望远镜系统，其特征在于，叉停止挡为在叉形件上制出向下伸出的立柱，基部停止挡为在基部上制出向上伸出的立柱。
49.根据权利要求47的望远镜系统，其特征在于，中间停止挡设计得可环绕叉枢轴旋转。
50.根据权利要求47的望远镜系统，其特征在于，中间停止挡为一枢支地连结在叉枢轴上的杠杆。
51.一种将通常用来观察/拍摄天体的望远镜连结到三脚架上以资使望远镜定位的电动支座，具有一个固定地连结在三脚架上的基部；一个通过叉枢轴枢支地连结在基部上使望远镜在经度上容易转动的叉形件，而望远镜枢支地连结在叉形件上使望远镜在纬度上容易转动；一个连结在基部上的经度马达偶联得可转动叉形件；一个连结在叉形件上的纬度马达偶联得可转动望远镜；一根从基部延伸到纬度马达的电缆使纬度马达在电路上连通；一个在基部上制出的基部停止挡；一个在叉形件上制出的叉停止挡；一个中间停止挡可与基部和叉形件无关地转动；当叉形件相对于基部的转动不到两圈时，叉停止挡便可对接在中间停止挡上，中间停止挡又可对接在基部停止挡上，这样便可限制电缆的缠绕在叉枢轴上。
52.根据权利要求51的电动支座，其特征在于，叉停止挡为一在叉形件上制出向下伸出的立柱，基部停止挡为一在基部上制出向上伸出的立柱。
53.根据权利要求51的电动支座，其特征在于，中间停止挡设计得可环绕叉枢轴旋转。
54.根据权利要求51的电动支座，其特征在于，中间停止挡为一枢支地连结在叉枢轴上的杠杆。
全文摘要
一种具有智能马达控制器(50)的望远镜系统(10),可准确地控制望远镜的位置来方便对天体的定位,并精密地控制望远镜的移动速率来方便对天体的跟踪。有一使用两个光探测器的光学编码器(62)可用来增强对望远镜定位马达(52)的伺服控制。一个校正电路可消除装配光学编码器(62)时试验LED的需要。还有一个不用电刷的电动支座可使位在叉形件(19)内的纬度驱动马达(85)在电路上连通,其方式可缓解支座在经度上旋转时电缆不合适地缠绕在支座上产生的问题。
文档编号G02B23/00GK1354841SQ9981374
公开日2002年6月19日 申请日期1999年10月26日 优先权日1998年10月26日
发明者肯尼思·W·保恩, 布赖恩·G·廷吉, 斯坦利·H·德万 申请人:米德仪器公司