CN106249375A - 镜片可调整的全密封光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种镜片可调整的全密封光学系统。包括二维振镜和工业摄像机，二维振镜顶部开设有透光圆孔，还包括内部中空的45°全反镜座、45°全反镜构件、固定套筒和滑动套筒，45°全反镜构件设置于45°全反镜座内，45°全反镜构件上连接有延伸至45°全反镜座外部的调节螺钉，调节所述调节螺钉可使45°全反镜构件在45°全反镜座内二维摆动。将精密的光学系统全封闭在一个空腔内，同时保证需要调节的光学器件能够在不打开密闭空腔的前提下，能有效而可靠的进行X、Y向的摆动调节、以及轴向距离的调节，整个调节过程不会改变密闭空腔的局部环境，这使得光学系统至始至终都能保持一个良好的洁净度。

Description

镜片可调整的全密封光学系统

技术领域

本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种镜片可调整的全密封光学系统。

背景技术

光学系统最怕的就是灰尘，一粒灰尘不仅会改变系统的光学特性、甚至还会导致整个的光学系统损坏，因此，处于试验状态的光学系统总是被安置在无尘间。但从无尘间得出的数据，只能作为指导性参数，在产业化设计中，需要根据具体机器，进行光学器件的参数调整。

常规的做法有两种：

第一、将整个光学系统做成整体的洁净空腔，在工厂的无尘间进行安装调试，封闭后交给用户，这将要求用户不得在常规环境下打开密封腔，这将有些困难，特别是当设备遇到故障时，只有返厂，这将带来不小的麻烦和使用(维护)成本。

第二、将光学系统做成开放式的，只做简单的钣金罩壳，属于密封性能极差的那种，理由是；需要调整的光学系统不好做密封，因为光学调整机构的状态不确定，比如；常用的二维镜架，镜片装在动板上，由两个微调螺钉对这个动板进行调节，因此，其状态是不可预知的，于是只能抱着侥幸心理，但愿光学系统不会出问题，这样做的好处是；成本低。

以上两种方式，都有其局限性，第一种需要在出现故障时返厂修理，用户不满意，因为耽误生产，第二种故障的出现几率很大，甚至有可能导致设备损坏，因此，用户也不是很满意。

图1为一种常见的开放式光学系统，其工作原理如下：经由工件反射向上的光束1，穿过二维振镜2，照射到二维镜架3上的45°全反镜片3-1上，在这里安装一个二维镜架的目的是对45°全反镜片3-1进行二维调整，使其光轴经过聚焦镜4-1，再准确的照射到CCD(工业摄像机)5上，如果这里不装二维镜架3，很难将光轴反射到CCD(工业摄像机)5上的。就因为45°全反射镜片3-1、以及聚焦镜4-1都需要二维调整，因此，本光学系统很难做到密封。

中国专利CN 201922171U的说明书公开了一种激光切割头、焊接头光路保护装置，它对光路的密封保护采用伸缩套管的方式，但其仍然存在如下缺陷：

1、伸缩套管与伸缩套管之间一定存在间隙，不然不能轻松滑动，这将导致未能构建出一个完全密封的内部空腔，内外环境其实是贯通的，于是，未经密封的套管难以对光路起到保护，更谈不上“密封”作用。

2、这种伸缩套管只适宜垂直安装，不太适宜做水平安装，因为水平安装，会导致中间套管“塌腰”，套管的节数越多，这种“塌腰”现象就越明显，以至于激光会打到伸缩套管的内壁，从而影响光路的输出。

因此，怎样在保证光学系统具有较好密闭性的前提下，实现光学镜片的调整是一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种密闭性良好，且能实现镜片可调的镜片可调整的全密封光学系统。

本发明的技术方案是：一种镜片可调整的全密封光学系统，包括摄像构件，还包括可伸缩套筒和45°全反镜座，所述可伸缩套筒一端与摄像构件固定连接，另一端与45°全反镜座固定连接，所述45°全反镜座内部铰接有可从外部调节的45°全反镜构件，所述45°全反镜座上设有供激光射入的通孔，所述45°全反镜座与可伸缩套筒之间形成一个密闭空腔。

进一步的，所述45°全反镜座内设有45°上斜通孔，所述45°上斜通孔处设有与45°全反镜座密封固定的调节盖板，所述45°全反镜构件设置于45°上斜通孔内，所述调节盖板上设有与45°全反镜构件背面螺纹连接的调节螺钉，所述调节盖板内表面设有与45°全反镜构件背面中心抵接的支点球，所述45°全反镜构件可绕支点球摆动。

进一步的，所述调节盖板内表面设有凹槽，所述支点球设置于凹槽内且支点球顶部凸出于调节盖板内表面。

进一步的，所述调节螺钉包括X向调节螺钉和Y向调节螺钉。

进一步的，所述X向调节螺钉和Y向调节螺钉各为两个，两个所述X向调节螺钉沿X向对称设置于调节盖板两侧，两个所述Y向调节螺钉沿Y向对称设置于调节盖板两侧。

进一步的，所述45°全反镜构件包括与调节螺钉螺纹连接的镜片固定板和与镜片固定板固定连接的45°全反镜片。

进一步的，所述可伸缩套筒包括固定套筒、滑动套筒和矩形螺纹套筒，所述滑动套筒滑动设置于固定套筒内，所述固定套筒朝向摄像构件的一端设有导向槽，所述导向槽内穿设有与滑动套筒筒壁螺纹连接的导向螺钉，所述矩形螺纹套筒套设于导向槽对应位置处，所述导向螺钉顶部可在矩形螺纹套筒的螺纹槽内滑动。

进一步的，还包括端盖，所述端盖通过紧定螺钉固定于固定套筒朝向摄像构件的一端，所述端盖端面与矩形螺纹套筒端部限位接触。

进一步的，还包括聚焦镜，所述聚焦镜设置于固定套筒内，且位于固定套筒朝向45°全反镜座的一端。

进一步的，还包括小孔光阑，所述小孔光阑螺纹固定于固定套筒内部，且压紧设置于聚焦镜前端。

进一步的，还包括二维振镜，所述二维振镜顶部开设有透光圆孔，所述45°全反镜座与二维振镜上端面固定连接。

进一步的，所述固定套筒前端与45°全反镜座水平连接，所述滑动套筒末端与摄像构件固定连接。

本发明的有益效果是：将精密的光学系统全封闭在一个空腔内，同时保证需要调节的光学器件能够在不打开密闭空腔的前提下，能有效而可靠的进行X、Y向的摆动调节、以及轴向距离的调节，整个调节过程不会改变密闭空腔的局部环境，这使得光学系统至始至终都能保持一个良好的洁净度。

附图说明

图1为一种常见的开放式光学系统结构示意图；

图2为本专利光学系统结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的左视图；

图5为图2的右视图；

图中：1—光束，2—二维振镜，3—二维镜架，3-1—45°全反镜片，4—二维镜架，4-1—聚焦镜，5—CCD(工业摄像机)，6—45°上斜通孔，7—45°全反镜座，8—调节盖板，8-1—、支点球，8-X1—X向调节螺钉，8-X2—X向调节螺钉，8-Y1—Y向调节螺钉，8-Y2—Y向调节螺钉，9—镜片固定板，10—45°全反镜片，11—小孔光阑，12—聚焦镜，13—固定套筒，13-1—导向槽，13-2—紧固螺钉，14—矩形螺纹套筒，15—导向螺钉，16—端盖，17—紧定螺钉，18—滑动套筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2和3所示，45°全反镜座7固定在二维振镜2上，并二维振镜2的顶部开有圆孔，便于透过指向上端的光束1，让透过指向上端的光束1能照射到45°全反镜片10上。45°全反镜座7上设置有一个45°上斜通孔6和一个水平通孔，45°上斜通孔6上固定着调节盖板8，调节盖板8与45°全反镜座7形成密封状态。调节盖板8的内部设有一个凹槽，凹槽内设有一个支点球8-1，支点球8-1起到摆动45°全反镜片10的作用，并且是二维的摆动。

如图4所示，调节盖板8上设置有X向调节螺钉8-X1、8-X2，以及Y向调节螺钉8-Y1、8-Y2，四个螺钉共同固定镜片固定板9。而45°全反镜片10与镜片固定板9粘接在一起，当调节螺钉8-X1、8-X2、8-Y1、8-Y2时，镜片将可以做二维摆动，从而将光束1准确的反射到工业摄像机5上。分别旋退或旋进镜片做X向调整的螺钉8-X1与镜片做X向调整的螺钉8-X2即可让45°全反镜片10做X向的摆动调整。分别旋退或旋进镜片做Y向调整的螺钉8-Y1与镜片做Y向调整的螺钉8-Y2即可让45°全反镜片10做Y向的摆动调整。由于调节螺钉8-X1、8-X2、8-Y1、8-Y2时，虽然会使得镜片固定板9进行相应维度的摆动，但是，由于45°全反镜片10与镜片固定板9是粘接在一起的，因此，当镜片固定板9进行相应维度的摆动时，45°全反镜片10也将会随之一起做相应维度的摆动。45°全反镜片10无论做哪个维度的摆动，都是在45°全反镜座7的内腔进行的，与外部环境完全隔绝开来，这将保证了45°全反镜片10，以及其它光学器件的洁净度。

固定套筒13通过四个紧固螺钉13-2与45°全反镜座7的水平通孔固连在一起，小孔光阑11螺旋固定在固定套筒13内部的左端，并压紧聚焦镜12。滑动套筒18松套在固定套筒13内，可以直线滑动。导向螺钉15穿过固定套筒13上的导向槽13-1，而后拧紧在滑动套筒18上，于是，导向螺钉15就限制了滑动套筒18做旋转运动，而只能做轴向滑动，因为导向螺钉15只能在固定套筒13上的导向槽13-1中滑动。导向螺钉15的上端在矩形螺纹套筒14的螺纹槽内滑动，用手旋转矩形螺纹套筒14，将会迫使导向螺钉15做轴向移动，从而带动滑动套筒18做轴向移动，其目的就是调节聚焦镜12到CCD(工业摄像机)5的距离，也就是焦距，让聚焦镜12的焦点正好打在CCD(工业摄像机)5的受光元件上，从而监控二维振镜2下面的工作状况。CCD(工业摄像机)5用螺纹直接拧在滑动套筒18的右端，于是，滑动套筒18移动时，将带动CCD(工业摄像机)5同步移动，从而实现焦距的调整。端盖16由紧定螺钉17固定在固定套筒13的右端，端盖16的作用，是限制矩形螺纹套筒14的轴向位移，使得矩形螺纹套筒14只能在固定套筒13上旋转。矩形螺纹套筒14是调节内部聚焦镜12到CCD(工业摄像机)5之间的距离的，矩形螺纹套筒14是由操作者手动做旋转操作的，手动旋转矩形螺纹套筒14将会带动滑动套筒18、CCD(工业摄像机)5同时做轴向滑动，以此来调节矩形螺纹套筒14是调节内部聚焦镜12到CCD(工业摄像机)5之间的距离。

整个的光学元件都处在一个封闭的内腔中，需要做二维摆动的元件，如：45°全反镜片10，其二维摆动的调整，是在外面通过调节螺钉8-X1、8-X2、8-Y1、8-Y2四个螺钉来实现的，调节8-X1、8-X2、8-Y1、8-Y2四个螺钉，不会影响到内部光路的密闭性能，从而保证了光学系统的洁净程度。该轴向移动的元件，如：CCD(工业摄像机)5与聚焦镜12之间的距离调整，是通过旋转外面的矩形螺纹套筒14来实现的，旋转矩形螺纹套筒14，将会带动CCD(工业摄像机)5做轴向位移，但同样也不会影响到内部的光路的密闭性能，很好的保证了光学系统的洁净程度。所有的调节机构都实现了外部操控，在调整内部光学系统参数(摆动角度、移动距离等)时，很好的保证了光学系统的洁净程度，这也就是最大程度的延长了设备的使用寿命。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种镜片可调整的全密封光学系统，包括摄像构件，其特征在于：还包括可伸缩套筒和45°全反镜座(7)，所述可伸缩套筒一端与摄像构件固定连接，另一端与45°全反镜座(7)固定连接，所述45°全反镜座(7)内部铰接有可从外部调节的45°全反镜构件，所述45°全反镜座(7)上设有供激光射入的通孔，所述45°全反镜座(7)与可伸缩套筒之间形成一个密闭空腔。

2.如权利要求1所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述45°全反镜座(7)内设有45°上斜通孔(6)，所述45°上斜通孔(6)处设有与45°全反镜座(7)密封固定的调节盖板(8)，所述45°全反镜构件设置于45°上斜通孔(6)内，所述调节盖板(8)上设有与45°全反镜构件背面螺纹连接的调节螺钉，所述调节盖板(8)内表面设有与45°全反镜构件背面中心抵接的支点球(8-1)，所述45°全反镜构件可绕支点球(8-1)摆动。

3.如权利要求2所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述调节盖板(8)内表面设有凹槽，所述支点球(8-1)设置于凹槽内且支点球(8-1)顶部凸出于调节盖板(8)内表面。

4.如权利要求2所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述调节螺钉包括X向调节螺钉和Y向调节螺钉。

5.如权利要求4中镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述X向调节螺钉和Y向调节螺钉各为两个，两个所述X向调节螺钉沿X向对称设置于调节盖板(8)两侧，两个所述Y向调节螺钉沿Y向对称设置于调节盖板(8)两侧。

6.如权利要求2所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述45°全反镜构件包括与调节螺钉螺纹连接的镜片固定板(9)和与镜片固定板(9)固定连接的45°全反镜片(10)。

7.如权利要求1所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述可伸缩套筒包括固定套筒(13)、滑动套筒(18)和矩形螺纹套筒(14)，所述滑动套筒(18)滑动设置于固定套筒(13)内，所述固定套筒(13)朝向摄像构件的一端设有导向槽(13-1)，所述导向槽(13-1)内穿设有与滑动套筒(18)筒壁螺纹连接的导向螺钉(15)，所述矩形螺纹套筒(14)套设于导向槽(13-1)对应位置处，所述导向螺钉(15)顶部可在矩形螺纹套筒(14)的螺纹槽内滑动。

8.如权利要求7所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：还包括端盖(16)，所述端盖(16)通过紧定螺钉(17)固定于固定套筒(13)朝向摄像构件的一端，所述端盖(16)端面与矩形螺纹套筒(14)端部限位接触。

9.如权利要求7所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：还包括聚焦镜(12)，所述聚焦镜(12)设置于固定套筒(13)内，且位于固定套筒(13)朝向45°全反镜座(7)的一端。

10.如权利要求9所述的镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：还包括小孔光阑(11)，所述小孔光阑(11)螺纹固定于固定套筒(13)内部，且压紧设置于聚焦镜(12)前端。

11.如权利要求10中任意一条镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：还包括二维振镜(2)，所述二维振镜(2)顶部开设有透光圆孔，所述45°全反镜座(7)与二维振镜(2)上端面固定连接。

12.如权利要求1-11中任意一条镜片可调整的全密封光学系统，其特征在于：所述固定套筒(13)前端与45°全反镜座(7)水平连接，所述滑动套筒(18)末端与摄像构件固定连接。