CN102109654B - 可调焦大口径准直物镜调整架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以灵活调焦的大口径准直物镜调整架，它是由准直物镜装夹机构和轴向可调的物镜座组件组成，准直物镜装夹组件可以在物镜座组件中的导轨和定位轴上做轴向的精密运动，实现准直物镜在光轴方向的灵活调焦；本发明采用丝杠结构作为轴向运动定位，由细牙定位螺母的旋动圈数来精确控制调焦量，准直物镜的调焦精度可以达到0.1mm；轴向运动范围可达90mm，完全满足干涉仪在可见光区和近红外区的焦距变化范围，使得干涉仪的两种工作模式只需轻松移动准直物镜装夹机构在调整架内的轴向运动就能自由切换；本发明结构简单，运动灵活、稳定和可靠性好，加工、装调难度以及成本低。可广泛应用于大口径干涉仪中准直物镜的装调中。

Description

可调焦大口径准直物镜调整架

技术领域

本发明涉及大口径光学精密检测、实验领域，特别是一种可以灵活调焦的大口径准直物镜调整架。

背景技术

在大型光学系统的研制中经常要用到大口径的准直物镜作为平行光束的发生器，特别是大口径干涉仪中准直物镜的装调是其干涉光束质量保证的关键。为了使干涉系统出射的平行光束的波面质量优于1/4λ，在装调准直物镜时必须满足其焦点与干涉主机光路的焦点共焦。目前，对于小口径的准直物镜很容易通过镜架的整体轴向移动来实现，但对于Φ600mm口径以上、自身重量达到近70Kg的物镜来说，要通过整体镜架在轴向做精密灵活的运动进行调焦是很困难的。另外在研制近红外大口径干涉仪时，装调干涉仪的过程中是借助可见光作为指示光路，这就要求干涉仪既能在近红外光(λ₁＝1055nm)模式下工作又能在可见光(λ₂＝632.8nm)模式下工作，而准直物镜和干涉主机光路在两种工作波长下的焦距是不一致的，这就必须要求准直物镜能在两种工作波长下都能做精确的调焦运动。

目前国内常见的准直物镜调整架，主要适用于结构尺寸小，质量轻的中小口径光学元件，它是将准直物镜直接固定在调整架里，通过调整架在光路中的整体移动来实现对焦。对于大口径光学元件，就要采用大型光学调整架，其机械件及光学件的总质量近200公斤，采用上述方法是根本无法实现准直物镜在光轴方向的灵活调焦的。因此，目前国内大口径干涉仪的准直物镜是不具有调焦功能的，干涉仪一旦组装完成就无法轴向移动准直物镜。目前国外制作大口径干涉仪的公司如美国Zygo公司，他们对大口径干涉仪准直物镜的对焦采用的都是双分离式的两镜组合。即把两片物镜都封装在一个定位镜筒里，且保证两片镜子的中间空气厚度满足设计要求，整个镜筒是固化在大型调整架里，无法进行轴向运动。这种双分离的结构，其调整架的总体重量超过300公斤，因此在装调干涉仪时不是依靠轴向运动准直物镜调整架来满足对焦，而是采用依次调整干涉主机的各个光学元件来实现对焦的，由于干涉主机的光学元件很多，一般在10片以上，要依次调整到位其装调难度大，相应的成本也高，并且一旦调整到位就即相对固定不能再进行移动，这也意味着干涉仪是无法在两种工作波长下自由切换的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能使大口径准直物镜在调整架内实现轴向自由灵活且精密运动调焦的可调焦大口径准直物镜调整架，它同时满足大口径干涉仪在近红外波长和可见光波长两个工作模式下的自由切换。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：可调焦大口径准直物镜调整架，它包括物镜座组件和准直物镜装夹机构，物镜座组件包括物镜座横梁、压螺、物镜座底座、前物镜架定位座以及后物镜架定位座组成，物镜座横梁通过压螺与准直物镜装夹机构顶部压紧连接，其特征是在物镜座组件的物镜座底座上还设有精密导轨，精密导轨上安装与之滑动配合连接的承重滑槽，准直物镜装夹机构固接在承重滑槽上，并可在外力作用下由承重滑槽带动在精密导轨上运动；前物镜架定位座和后物镜架定位座对称设置于准直物镜装夹机构前后两侧的物镜座底座上；在物镜装夹机构的底部设有一个定位丝杠，定位丝杠穿过物镜装夹机构的底部，其两端固定在前物镜架定位座和后物镜架定位座中；定位丝杆依次穿过前物镜架定位座、物镜装夹机构和后物镜架定位座；前物镜架定位座和物镜装夹机构之间的定位丝杆上旋接有前定位垫片和前细牙定位螺母；物镜装夹机构和后物镜架定位座之间的定位丝杆上旋接由后定位垫片和后细牙定位螺母，通过旋动在定位丝杠上的前后细牙定位螺母和前后定位垫片，可以使准直物镜装夹机构在精密导轨上做轴向滑动。

本发明设计的调整架可以使大口径准直物镜在调整架内灵活运动实现精密对焦，准直物镜装夹机构通过承重滑槽可以在精密导轨上做无阻尼的自由滑动，承重滑槽可选择U型轨道槽，物镜座底座上的精密导轨为2条，每条精密导轨上连接一个承重滑槽与之配合，承重滑槽的槽内可以通过配添加润滑剂增加滑动灵活性，调整架内准直物镜装夹机构在滑动时的滑动方向与干涉仪光轴方向相一致。准直物镜装夹机构的轴向运动即调焦运动的方向以及步进由细牙定位螺母、定位垫片以及定位丝杠共同作用控制。若准直物镜装夹机构想要向焦内运动，则顺时针手动旋动后细牙定位螺母，后细牙定位螺母就推动准直物镜装夹机构向焦内方向运动，每旋动一周，后细牙定位螺母就会在定位丝杠上移动一个螺距的距离，即物镜装夹机构被后细牙定位螺母轴向推动一个定位丝杠螺距的距离，反之亦然。

本发明与现有技术相比其显著优点是：1)无需将重量达200公斤以上的调整架整体做轴向运动进行调焦，而只需通过细牙定位螺母、定位垫片的旋动使只有70公斤左右的准直物镜装夹机构，在定位丝杠上做精密的轴向滑动实现调焦，调整轻便灵活；2)采用丝杠结构作为轴向运动定位，由细牙定位螺母的旋动圈数来精确控制调焦量，准直物镜的调焦精度可以达到0.1mm；3)本发明调整架的轴向可调范围可达90mm，完全满足干涉仪在可见光区和近红外区的焦距变化范围，使得干涉仪的两种工作模式只需轻松移动准直物镜装夹机构在调整架内的轴向运动就能自由切换；4)本发明结构更加简单，在保证工作灵活性、稳定性和可靠性的同时减小了加工制造、装调难度以及降低了成本。可广泛应用于大口径干涉仪中准直物镜的装调中。

本发明的具体结构由以下附图和实施例进一步给出。

附图说明

图1是本发明可调焦大口径准直物镜调整架轴向剖面结构示意图。

图2是本发明的可调焦大口径准直物镜调整架的前视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体结构作进一步详细描述。

参见图1和图2，根据本发明制作的可以灵活调焦的大口径准直物镜调整架，它是由物镜座横梁1、准直物镜装夹机构2、前定位垫片3和后定位垫片12、前细牙定位螺母4和后细牙定位螺母11、定位丝杠5、前物镜架定位座6和后物镜架定位座10、精密导轨7、承重滑槽9、物镜座底座8以及压螺13组成。准直物镜装夹机构2包括大口径准直物镜和用于固定准直物镜的装夹机构，采用两条250mm长的精密导轨7分别轴向对称固定在物镜座底座8中心轴线的两边，选择两个与精密导轨7匹配的承重滑槽9，本例承重滑槽9底部采用U型轨道槽，承重滑槽9的轴向长70mm，承重滑槽9通过自身的U型轨道槽与精密导轨7滑动配合连接；准直物镜装夹机构2的在底部通过螺钉与两个承重滑槽9旋紧连接，两个承重滑槽9承接了物镜装夹机构的所有重量；定位丝杠5的总长度为250mm，螺距为0.1mm，定位丝杠5中心轴线穿过物镜装夹机构2的底部，一端与后物镜架定位座10固定连接，另一端与前物镜架定位座6螺旋连接；前物镜架定位座6和后物镜架定位座10对称设置于准直物镜装夹机构2前后两侧的物镜座底座8上；后物镜架定位座10固定在物镜座底座8中心轴线的后端面上，前物镜架定位座6通过螺钉14连接在物镜座底座8的中心轴线前端面上；前细牙定位螺母4、前定位垫片3与后细牙定位螺母11、后定位垫片12分别对称螺旋连接于物镜装夹机构2的前后两侧的定位丝杠5上；物镜座横梁1通过压螺13与准直物镜装夹机构2顶部压紧连接，以保证物镜装夹机构2竖直于物镜座底座8。

在装调大口径准直物镜时，首先松开前物镜架定位座6上的螺钉将其从物镜座底座8上取出，并将前细牙定位螺母4和前定位垫片3从定位丝杠5上旋取出来。将物镜座底座8上方的压螺13旋松，以免其阻挡准直物镜装夹机构2装入调整架内。将准直物镜装夹机构2与承重滑槽9通过螺钉连接，并使承重滑槽9的U型轨道槽与精密导轨7相连接，同时使定位丝杠5穿过物镜装夹机构2的底部，然后将准直物镜装夹机构2沿着精密导轨7推入调整架内，再将前细牙定位螺母4和前定位垫片3旋入定位丝杠5上，最后将前物镜架定位座6与定位丝杠8螺旋连接，并固定在物镜座底座8上，如图2所示。在进行准直物镜与干涉仪主体光路对焦时，如果准直物镜的焦点在焦内即需要把准直物镜向远离干涉主机方向运动(即图1左侧方向)，参见图1，只要先松开准直物镜装夹机构2左侧一组的后细牙定位螺母11和后定位垫片12，然后顺时针旋转准直物镜装夹机构2右侧一组的前细牙定位螺母4，则它将推着准直物镜装夹机构2向焦外运动。每顺时针旋转细牙定位螺母一圈，准直物镜装夹机构2在定位丝杠5上轴向运动一个螺距即0.1mm。该精度足以满足干涉仪对准直物镜的调焦精度要求。一旦准直物镜在轴向调整到共焦位置，这时将物镜座组件上方的压螺13旋紧，将压螺13顶住准直物镜装夹机构2的顶端以使准直物镜装夹机构2竖直于在物镜座底座8上。同时将准直物镜装夹机构2两侧的细牙定位螺母和定位垫片都贴住旋紧，防止准直物镜装夹机构2发生轴向运动破坏共焦关系。如果需要将准直物镜向焦内运动，则同以上步骤，不同的是先旋松准直物镜装夹机构2右侧一组的前细牙定位螺母4和前定位垫片3，通过顺时针旋转准直物镜装夹机构2左侧一组的细牙定位螺母，推着准直物镜装夹机构2向焦内运动。定本例中，由于定位丝杠5的总长度为250mm，螺距为0.1mm，准直物镜装夹机构2的厚度为160mm，即物镜装夹机构2在物镜座底座8上的轴向可调范围为90mm，完全可以满足干涉仪在可见光区和近红外区不同焦距下切换工作的准直物镜的对焦调整。

Claims (3)

1.一种可调焦大口径准直物镜调整架，它包括物镜座组件和准直物镜装夹机构[2]，物镜座组件包括物镜座横梁[1]、压螺[13]、物镜座底座[8]、前物镜架定位座[6]以及后物镜架定位座[10]，物镜座横梁[1]通过压螺[13]与准直物镜装夹机构[2]顶部压紧连接，其特征是在物镜座组件的物镜座底座[8]上还设有精密导轨[7]，精密导轨[7]上安装与之滑动配合连接的承重滑槽[9]，准直物镜装夹机构[2]固接在承重滑槽[9]上，并可在外力作用下由承重滑槽[9]带动在精密导轨[7]上轴向运动；前物镜架定位座[6]和后物镜架定位座[10]对称设置于准直物镜装夹机构[2]前后两侧的物镜座底座[8]上；在物镜装夹机构[2]的底部设有一个定位丝杠[5]，定位丝杠[5]穿过物镜装夹机构[2]的底部，其两端固定在前物镜架定位座[6]和后物镜架定位座[10]中；定位丝杆[5]依次穿过前物镜架定位座[6]、物镜装夹机构[2]和后物镜架定位座[10]；前物镜架定位座[6]和物镜装夹机构[2]之间的定位丝杆[5]上旋接有前定位垫片[3]和前细牙定位螺母[4]；物镜装夹机构[2]和后物镜架定位座[10]之间的定位丝杆[5]上旋接由后定位垫片[12]和后细牙定位螺母[11]，通过旋动在定位丝杠[5]上的前后细牙定位螺母[4]、[11]和前后定位垫片[3]、[12]，可以使准直物镜装夹机构[2]在精密导轨[7]上做轴向滑动。

2.根据权利要求1所述可调焦大口径准直物镜调整架，其特征在于精密导轨[7]为2条，并在物镜座底座[8]上对称分布。

3.根据权利要求1所述可调焦大口径准直物镜调整架，其特征在于定位丝杠[5]的螺距为0.1mm。

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