CN113795781A - 光学笼系统 - Google Patents

Abstract

一种光学笼系统，其提供多个光学部件，这些光学部件可以被组装，以便以多种不同的配置构建多种光学仪器。变化的矩形光学安装板和杆有助于在给定系统中操纵光轴，从而达到所需的最终光学仪器。结构构件提供稳定性并促进连接性。

Description

光学笼系统

技术领域

本发明涉及光学笼系统套件，并且在每个套件中包括多个光学笼部件，这些光学笼部件可以一起使用以构建多个光学机械仪器。

背景

Ali Afshari于1994年通过专利号US 5,828,502提交了一项早期发明“光学工作台系统(AN OPTICAL BENCH SYSTEM)”，其中现有技术的方形形状被圆形形状所替代，以增加其安装可能性，并降低制造成本。自其提交以来，已经有若干概念授予了专利。这种类型的第一种产品是由Spindler&Hoyer GmbH于二十世纪七十年代提供的，其在于1976年8月14日提交的德国公开文献26 36 657(DE 2636657 A1)和于1976年3月23日提交的美国专利3,945,600中有描述。在2636657中，其元件包括光学安装件，这些光学安装件被实施为在每个拐角处具有穿孔的方形板，杆可以延伸穿过这些穿孔。光学安装件提供了相对大的开口，诸如透镜、反射镜、光栅等光学元件可以定位在该开口的中心处。提供销的目的是将光学安装件在杆的端部处紧固至杆。这些板通过角连接件和单独的销以直角夹紧在一起。尽管这种用于组装的设备和方法对于粗略的临时机构是有效的，但是对于精确的光学对准来说不能保持足够的刚性，而且此外，板的方形形状限制了板可以被组装成的配置的数量。现有技术还包括于1991年7月30日授予Hartmut Klingner的美国专利第5,035,333号“用于构建微光学工作台的组件(ARRANGEMENT FOR CONSTRUCTING A MICRO-OPTIC BENCH)”以及其中引用的参考专利和文件。

Klingner的专利中描述的装置提供了用于保持光学元件的安装件，这些安装件优选由注射成型的塑料制成。穿过安装件的穿孔具有建立这种卡扣式紧固设施的高度。尽管该系统不需要固定螺钉，并且制造成本低廉，但它必须由塑料制成，并且没有提供任何将板安装在一起的解决方案。不太重要但仍然令人感兴趣的是在此提供的编号为340675和465238的两项瑞士专利，它们在一般领域中令人感兴趣。最近，Newport于2015年12月15日提交的WO 2,015,187,184A1提供了光学板的快速添加，而不需要移除现有技术中使用的支撑杆，而且他们于2016年6月30日提交的US20,160,187,609A1提供了单杆支撑件。目前的发明不仅允许单杆支撑件，而且允许任何额外的2-3个或4个杆支撑件。其他创新包括英国专利GB2,360,841A，该专利涉及将臂快速地卡扣至中心块；以及Melles Griot的WO 2,002,077,600A1，该专利强调更复杂的立方体模块，这些模块可以用螺栓连接在一起以容纳光学部件。俄罗斯专利RU 2,253,140 C2中描述了另一项发明，该发明经由外部压力块将杆紧固就位，但是该发明操作起来太复杂，每个杆都需要单独的夹紧块。还有美国专利6,775,076B2“用于安装精确对准的光学器件的微型光学工作台(MICRO OPTICAL BENCH FORMOUNTING PRECISION ALIGNED OPTICS)”，其使用柱形基座来对准各种相同直径的透镜单元。6,775,076B2提出了一种用于透镜单元的增强的边界表面，但是这不是一种可以在光学实验室中易于拆卸和重新组装的可调节的安装方案。

在现有技术中利用将杆插入在安装板上来制造安装板需要通孔的高公差。安装板通常通过螺钉紧固在一起，因此，板的所有四个侧面都必须设有一些螺纹孔。此外，板通过角连接件接合在一起，这些角连接件必须具有相等数量的孔，螺钉通过这些孔被紧固(德国公开文献26 36 657)。因此，这些板的生产是高度劳动密集型的。目前的发明利用侧面安装的杆，这些侧面安装的杆不仅消除了角连接件，而且还可以利用铝制杆，这有利于其减轻重量、成本更低，并且其可以由用户切割成合适的尺寸。应值得特别注意的是，现有技术中所做的大部分努力都是为了允许光学载体沿着杆连续定位。如将要示出的，光学元件的位置调节也可以通过使透镜单元在安装件内滑动来完成。这消除了对安装板的连续调节的需要，并简化了针对目前发明的现有技术。

到目前为止，采用杆通孔的安装板已经使用5轴CNC机床由实心铝棒材生产出来。在制造过程中，首先在中心钻出所有杆紧固孔以进行精确定位，然后用比杆稍小的钻孔尺寸进行预钻孔，并由铰刀进行精确钻孔，以确保它们的紧密配合公差。另一方面，不锈钢杆要进行无心研磨和抛光，以达到其临界直径，并允许光学安装板的平滑平移。支撑杆也要硬化，以使得固定螺钉的夹紧力不会对杆产生任何表面损伤。目前创新的零件制造只需要简单地切断预制的挤压铝制棒，从而将其加工成本降低到一半以下。此外，目前的安装方案使用铝制杆，所要求的精度较低且成本较低。

所展示的现有技术装置(包括那些在Klingner的专利以及Newport中引用的装置)是值得称赞的，并且展示了他们时代的创新精神。发明人及其发明对所涉及的技术做出了显著的贡献。然而，这些现有技术的结构不包括本发明的那些组合元件，这些组合元件提供了更大的使用便利性和部件的巧妙布置，使得本发明成为本领域的最高成就。

发明公开内容

光学领域的部件通常按照严格的公差制造，并且通过精密螺纹和螺钉进行精密定位。在某些应用中，这些光学部件必须以高精度工作，因而高制造成本是合理的，这阻碍了这些装置用于精度要求较低的应用中。本发明旨在开发一种布置或光学系统套件，该布置或光学系统套件可以组装成高精度光学工作台，同时在功能和形式两者上均具有最大的灵活性。通过本发明的优点，相比于使用具有插入杆的常规光学安装板，将可以构建更宽范围的光学机构。安装板中的角凹部被定位成允许它们通过铝挤压工艺制造。这种技术将通过简单地切断部件的预制轮廓来极大地降低部件的制造成本，并通过CNC机床增加少量螺纹孔和径向孔来达到其预期形状。通过使用具有安装板中提供的所匹配的孔模式的铝制杆，安装件可以以不同的角度和间距直接紧固在一起，而无需使用角连接件。可以以降低的成本构建各种光学机械配置，例如显微镜、望远镜和其他光学仪器。因此，系统套件可以用于以高精度为先决条件的任何应用中，并且可以与常规光学元件结合使用。根据本发明，提供了光学安装板，通过这些光学安装板，多种光学实验和配置可以被组装、验证和测试，或者根据用户的喜好进行检查。

本发明的一个显著特征是将支撑杆放置成离中心更远，即比现有技术中可能的距离更远。这允许更大的光学元件不受阻碍地被保持。用带帽螺钉直接安装杆也使得能够使用比现有技术更薄的光学安装板，从而实现更紧凑的光学组件。结果是易于移除的铝制杆，而不是过去使用的重得多的不锈钢杆。通过在杆上而不是在安装板上钻安装孔，实现了明显更大的机械刚度和精度。这允许全尺寸凹头带帽螺钉代替微小的固定螺钉来将杆紧固到位。本系统将允许创建特别是在显微镜、干涉测量仪和机器视觉检查系统中需要的实物大小的光学仪器的形状、形式和功能。

光学安装件制造成本的大幅节省意味着在光学实验室中安装硬件的可用性更高。借助价格更高的光学安装件，最终用户将单个部件的结合分解至最小的固定螺钉，以构建他们的光学机构。由于与本发明相关的低成本，光学仪器可以使用预先组装的模块而不是单个部件组装在一起。将给出构建灯壳子组件并将其与完整的显微镜集成的示例。

附图简述

结合附图，从随后对本发明的详细描述中，本发明的其他优点和特征对于本发明所属领域的技术人员来说将更加明显，贯穿附图，相同的参考数字指代相同的零件，并且在附图中：

图1是根据本发明的组件的分解透视图。

图2是适于沿轴向方向紧固外杆的光学安装板的典型规格的细节透视图。

图3是与图2所示的安装件匹配的可替代光学安装板的透视图。

图4是典型连接杆的细节透视图。

图5是光学安装板的透视图，该光学安装板适于紧固正交于光轴的杆。

图6是特别改进的光学安装板的细节透视图，该特别改进的光学安装板用于在轴向方向和正交方向两者上接纳杆。

图7是举例说明图2至图6所示的各种光学安装板的典型组件的透视图。

图8是特别改进的光学安装板的细节透视图，该特别改进的光学安装板用于安装在两个杆上。

图9是特别改进的光学安装板的横截面平面图，该特别改进的光学安装板用于组合两种尺寸的光学安装板。

图10是示出了通过组合图2至图9所示的各种尺寸的安装板来组装典型光学显微镜的透视图。

图11是特别改进的光学安装板的细节透视图，该特别改进的光学安装板用于在径向方向上紧固杆。

图12是举例说明3向角连接件的透视图。

图13是示出4向角连接件的透视图。

图14是弯曲的连接杆的透视图。

图15是示出了用图12和图13的角连接件以及图4和图14中的杆构建的典型的光学壳体组件的透视图。

图16是适于在内部紧固杆的光学安装板的典型规格的细节透视图。

图17是示出了在4个杆内安装两个光学透镜单元的透视图。

图18是可替代的圆形光学安装板的细节透视图，该光学安装板使用径向定向的杆紧固螺钉以及其开口孔眼式沉孔。

图19是根据本发明的可替代光学安装板的细节透视图，该光学安装板用于接纳内杆和外杆。

图20是具有图16中所示安装件的匹配的光学安装板的细节透视图。

图21是光学组件的细节透视图，该光学组件结合了适于接纳内杆和外杆的安装板。

图22是用于铰接式角连接件的部件的细节透视图，这些部件允许光轴弯曲并且将该铰接式角连接件锁定到位。

图23是示出了用图22中所述的铰接式连接件构建的典型棱镜分光镜组件的透视图。

附图摘要

贯穿附图，数字表示相同的零件，并且出于解释的目的，下面列出了本发明的元件名称的编号零件。

标识 元件名称 所在附图

数字

10 适于紧固外安装杆的大致被截的安装板 1、7、10、23

12 一套板紧固杆 1、4、7、9、10、15、21、23

14 适于紧固外安装杆的第二大致被截的安装板 1、3、7、23

16 第二套板紧固杆 1、7

18 一套用于板的杆紧固螺钉 1、7、15

20 一套用于其他板的板紧固螺钉 1、10

22 一套用于紧固光学部件24的固定螺钉 1

24 安装在柱形单元中的典型的光学部件 1、10

26 一套用于杆的板紧固螺钉 1、7、9

28 一套适于将板紧固至杆或其他板的沉孔式孔眼 1、2、5、11、18、19

30 半圆形的杆紧固凹部 2

32 杆紧固螺纹孔 2、3

34 适于接纳固定螺钉以紧固光学部件的螺纹孔眼 2

36 用于接纳光学部件的同心的圆形孔 2、3、5、6、8、11

38 一套适于将两个叠置的板紧固在一起的螺纹孔眼 2、5、11、19

40 一套适于将两个板以直角紧固在一起的螺纹孔眼 2、3、5、6、8、11、19、22

42 典型的光学部件延伸环 1

44 第二套适于将板紧固至杆或其他板的沉孔式孔眼 3、8

46 具有间距A的等间距的沉孔式孔眼或螺钉 3、4、13、14

48 一套适于将两个叠置的板紧固在一起的螺纹孔眼 3、6、8、9

50 典型的卤素灯保持件 1、10

52 适于接纳板安装螺钉的等间距的螺纹孔眼 4

54 适于接纳板安装螺钉的等间距的沉孔式孔眼 4

56 适于安装轴向定向的外杆的第三大致被截的安装板 5

58 用于将较小的安装件紧固至较大的安装件的界面适 9、10

配件

60 适于接纳杆紧固螺钉的螺纹孔眼 9、10

62 类似于12但直径更大的适于紧固较大的板的板紧 9、10

固杆

64 用于接纳杆紧固螺钉的沉孔式孔眼 9

66 杆紧固螺钉 9、10

68 安装在柱形单元中的典型的第二光学部件 7、10

70 典型的可调节的平面镜保持件 10

72 典型的矩形分光镜 10

74 典型的显微镜物镜转台安装环 10

76 典型的显微镜物镜 10

78 典型的显微镜物镜转台 10

80 适于安装外安装杆的第四大致被截的安装板 10

82 半圆形的杆紧固凹部 6

84 用于平行杆安装和正交杆安装的第五大致被截的安 6、7、23

装板

86 长形的半圆形的杆紧固凹部 6、22

87 第三套板紧固杆 7、15

88 半圆形的杆紧固凹部 9

90 具有轴向方向上的杆接纳凹部的第五大致被截的安 11、15

装板

92 适于2个杆安装的第六大致被截的安装板 8、9

94 滑动连接件 23

95 安装板的光轴 9

96 适于接纳板安装螺钉的螺纹孔眼 23

98 半圆形的杆紧固凹部 23

100 用于接纳杆紧固螺钉的开槽孔眼 23

102 杆紧固螺纹孔 12

104 3向杆接头连接件 12、15

106 杆紧固螺纹孔 12

108 半圆形的杆紧固凹部 12

110 长形的半圆形的杆紧固凹部 12

112 半圆形的杆紧固凹部 13

114 杆紧固螺纹孔 13

116 半圆形的杆紧固凹部 13

118 4向杆接头连接件 13、15

120 杆紧固螺纹孔 13

122 90度弯曲的组装杆 14、15

124 适于安装内安装杆的第七大致被截的安装板 16、17

126 杆安装螺钉的接纳孔 16、20

128 半圆形的杆紧固凹部 16、20

130 一套适于将两个板紧固在一起的孔眼 16、20

132 一套适于将两个板以直角紧固在一起的螺纹孔眼 16、17、20

134 适于接纳固定螺钉以紧固光学部件的螺纹孔眼 16、20

136 用于接纳光学部件的同心的圆形孔 16、20

138 适用于内安装杆的第八大致被截的安装板 17、20

140 一套适于将两个叠置的板紧固在一起的螺纹孔眼 17、20

142 一套内杆紧固螺钉 17

144 用于紧固光学单元的固定的支撑杆 17

146 用于将光学单元锁定到位的旋转支撑杆 17

148 适于紧固锁定杠杆的支撑杆的第二螺纹螺钉 17

150 沿旋转杆146的长度的带凹槽的切口 17

152 紧固在凹槽150内的柱形橡胶束 17

154 支撑杆146的旋转杠杆 17

156 透镜单元与支撑杆之间的接触线 17

158 适用于外安装杆的第九大致被截的安装板 18

159 适于经由安装螺钉将板紧固至杆或其他板的开口孔 18

眼

160 适用于内安装杆和外安装杆的第十大致被截的安装 19

板

162 杆安装螺钉的接纳孔 19

164 延长的杆紧固螺钉 9、10、21

166 用于杆62的延长的杆紧固螺钉 21

168 延长的螺钉164的配合螺母 21

170 适用于内安装杆和外安装杆的第十一大致被截的安 21

装板

172 铰接式连接件 22、23

174 铰接式连接件的枢转支撑件 22

176 铰接式连接件的枢轴 22

178 用于铰接式连接件的中间部分的安装孔 22

180 用于紧固铰接式连接件的外部部分的安装孔 22

182 回转臂 22、23

184 回转臂的导向槽 22

186 回转臂的安装孔 22、23

188 锁定螺母 22

190 回转臂的锁定螺钉 22、23

192 棱镜支撑件 22、23

194 棱镜支撑件的螺纹安装孔 22

196 等面棱镜 23

198 棱镜支撑件的安装孔 22

200 用于螺钉166的锁定螺母 21

202 用于螺钉18的锁定螺母 23

实施本发明的最佳模式

尽管现在将参照附图描述本发明的具体实施例，但是应当理解，这些实施例仅是示例性的，并且仅代表可以呈现本发明原理的应用的许多可能的具体实施例中的少量实施例。对于本发明所属领域的技术人员明显的各种变化和修改被认为是在所附权利要求中进一步限定的本发明的精神、范围和预期之内。更具体地参考附图和图2、图3、图5、图6、图8、图9、图11、图16和图18至图21，已经描绘了光学工作台系统的光学安装板部件。

现在特别注意图1，一种典型配置的分解图示出了如何能够形成大致被截的多边形光学安装板10，该安装板10具有板厚度尺寸，使得螺纹孔32(图2)可以在其中沿正交方向制造，并且具有正交定向的杆接纳凹部30和由安装螺钉18紧固的板保持杆12。为了使这个示例在以后使用，图1实际上展示了灯壳组件，其将在之后用于构建显微镜。

在图4中详细所示，保持杆12和16沿着它们的侧面具有两种正交制造的孔模式。图1中的组件示出了根据本发明的这些杆如何基本上替代现有技术中已知的角连接件：杆的沉孔式孔模式可以用来沿着杆通过紧固螺钉18连接两个或更多个光学安装板10。杆12所示的其带螺纹孔的一侧也可以用于通过第二套紧固螺钉26来紧固板10。各种范围的杆的长度将被制造，例如12、16和87，其具有等间距的孔模式46(图4)，以允许构建多种机构。如将进一步示出的，可以制造弯曲的杆形状或起到铰接作用的杆，以组装无限数量的光学机构。

典型的光学部件24可以通过固定螺钉22以及如图2所示的第二螺纹孔眼或孔34安装并且紧固在光学安装板的同心的中心孔内。更具体地，图1示出了根据本发明可以如何执行光学安装方案的四种基本布置。在第一种配置中，多个安装件10可以在杆16之间滑动，并通过紧固螺钉18穿过沉孔54来锁定就位。因此，任何数量的板都可以牢固地紧固在沿着杆的任何离散点处。在第二种配置中，安装板10可以通过螺钉26穿过沉孔28附接至杆12的螺纹侧。在第三种构造中，任何两个安装件10和14都可以通过穿过安装件14的沉孔44和安装件10的螺纹孔38的一对螺钉20面对面配合。

第四种安装是通过安装板10的沉孔28和安装件10或14的侧面上的螺纹孔40以直角紧固两个安装件。通过在每个板的侧面重复这种组装过程，可以构建一个完整的立方体。简单的光学元件24可以紧固至直径匹配的延伸环42，并且根据焦点调节的需要在安装件内平移。透镜单元24可以通过穿过螺纹孔34(图2和图3)插入的固定螺钉22紧固在安装板内，并且定位成允许用户聚焦透镜单元。

图2是示出了如图1中所述的套件中的光学安装板10的典型规格的详细图示，并且图3示出了如图1中已示出的光学板14的类似细节。图2和图3两者中示出的详细方面示出了多边形外边界，其具有半圆形的杆紧固凹部和适于安装光学元件的同心的中心孔，并限定了具有钻入其中的孔的不同径向尺寸。如图18中所示，也可以考虑可替代的圆形形状。如图2和图3所示的孔对28、40和48适于具有等间距的尺寸A(46)，以匹配支撑杆12侧面的重复的孔模式(图4)。图2、图3和图4中示出的典型的详细图示仅是出于说明的目的而呈现的，并不旨在限制本发明的范围、精神和预期。

图5示出了安装件56的详细视图，与标准的安装板10和14中的轴向方向相比，该安装件56具有平行于其侧面的杆接纳凹部。图7示出了安装件10和14的沿着杆87的光轴如何正交地与安装件10和14的沿着杆12的光轴产生关联。安装件56旨在如图7所示与杆成一直线地紧固，并且可以在与光轴正交的方向上承载光学元件。图6中示出的另一改进的安装件84具有延伸穿过其侧面的长形的杆接纳凹部86，同时具有额外的凹部82以在轴向方向上接纳杆。安装件的延长的凹部86将使该安装件沿着任何杆对87滑动，并经由紧固螺钉18紧固在所示的各个位置处。

图8示出了安装件92，其两个角部沿径向方向去除，因此使得该安装件可以容易地插入到具有3个或4个杆的组件中或从该组件中移除。重要的是要注意，在以光学笼套件所示的每种组件中，光轴总是与光学安装板的几何形状的轴线重合。图9示出了诸如92的较小安装件如何附接至较大的光学安装板58，同时共享相同的光轴95。安装件92中的两个杆接纳凹部30都放置在杆12上，并通过将螺钉164紧固到螺纹孔32上而锁定就位。图9中的安装件58适于具有内侧杆接纳凹部和外侧杆接纳凹部二者，从而允许安装件92以及所述安装件10和14易于插入更大的安装件58(其具有较大直径的杆62)内和允许安装件92以及所述安装件10和14的移除。安装板56可以通过螺钉164穿过沉孔64来紧固至安装件92和杆12。类似于安装件92，安装件58还具有可插入到四杆系统中的便利性，经由该安装件的可插入的凹部88(图9、图10)达到完美对准。杆62经由紧固到螺纹孔60上的螺钉66附接至安装件58。

图10示出了具有光源82、反射镜24和聚光透镜68的典型的光学显微镜。来自聚光透镜68的准直光束被引导至由可调节的镜安装件70保持的分束镜72，并被反射到由物镜转台78保持的物镜透镜76。光束到达保持在上安装件80的中心处的样品。样品通过物镜透镜76放大，并且光束通过分束镜72到达目镜68以进行观察。照明组件在图1中详细示出，而观察柱的剖视图在图9中示出。在实验期间，所述安装板92可以插入杆87之间以紧固任何额外需要的光学元件。从图10中可以看出，安装板58是安装件80的改型，其主要部分被机加工去掉。安装件80具有四个杆接纳凹部，而安装件58只有两个杆接纳凹部。所示的光学显微镜的前上部分被特意从较大的安装件80上清除，以允许更容易接近物镜转台和样品台。

图11示出了光学安装板90的细节，该光学安装板90在其表面上具有杆接纳凹部，以允许在径向方向上安装杆。如图15所示，通过将固定螺钉18紧固到螺纹孔32上，杆被紧固至凹部30。这种安装件的目的是为了进一步方便光学机械组件中经常需要的空间框架结构的构建。令人感兴趣的是，图12和图13中所示的角连接件以及图14中的弯曲的杆122适于有助于建造这种结构。类似的杆接纳凹部110、108、112、116和30(图12和图13)适用于角连接件104和118中，以通过将所述螺钉18紧固到螺纹孔102、106、114、120和32上来以各种角度紧固杆。例如，为了构建望远镜的柱形轮廓，图14所描绘的弯曲的杆可以与所述角连接件结合使用，以构建多个结构空间框架，如图15所示。

为了概括起见，图15中的许多光学安装件加上其所有内部光学元件已被移除，仅显示其外部构架。例如，图15所示的组件可以被构造成构建台式生物医学分析仪，其特征在于激光源、聚焦光学器件、具有检测器的样品保持装置和显示其测试结果的LCD(liquidCrystal Display，液晶显示器)。如图15所示，角连接件104用于构建T形接头。此外，角连接件118可以用于允许两个杆接合以形成L形接头，或者三个杆接合以形成角立方体，或者四个杆接合以形成具有对角支撑的角立方体。随着零件数量的增加，空间框架结构的复杂性也将增加，因此沿着杆的适当的孔间距以及具有足够的杆长度范围对于以各种可能的方式构建这种组件是必不可少的。这种空间框架结构在显微镜、生物医学和制药技术领域的当前技术水平的仪器开发中提供了巨大的成本节约，这是因为没有低成本的现成解决方案来创建它们的功能包和功能形式。

图16示出了光学安装板的细节透视图，该光学安装板适于紧固内部杆，并且具有轴向方向上的杆接纳凹部。这种安装件是图2中所述安装板10的彻底的变型，除了杆紧固螺钉沿径向方向定向。图17示出了安装件124在光学组件中的典型适配。类似于安装件10，典型的光学部件24可以通过固定螺钉穿过螺纹孔134来安装并且紧固在光学安装板124的同心的中心孔136内。四个杆之间的间距是这样的，即杆和柱形透镜单元之间的重合线可以用来对准，并随后将元件在沿着杆的任何位置锁定到位。在图17所示的布置中，三个杆144通过螺钉142紧固在安装件124的内部，而一个杆(146)可在第四内凹部内绕其轴线旋转。透镜单元24和68通过杆保持在它们的接触线上，如可见的虚线156所示。在实践中，一次只有两个杆会与透镜单元接触。旋转杆配备有橡胶衬里152，当借助于锁定手柄154转到锁定位置时，橡胶衬里推压每个透镜单元以将它们锁定到位。橡胶衬里以其直径的一半凹入到槽150中，沿杆146的长度切掉(图17)。为了释放透镜以便进行重新定位，逆时针转动锁定杠杆154，并且使橡胶衬里与透镜单元脱离接合。安装板138(图20)是安装板124的可替代形式。这些安装件类似于所述安装板10和14(图2和图3)是成对的。通过将这些安装件放置在光学组件的相对端(如图17所示)，通过两对安装件彼此面对面的简单配合，可以将两个或更多个组件添加至彼此。匹配的板通过对齐它们的螺纹孔140和沉孔130而紧固在一起。在图23中示出了诸如安装件10和84的板的这种面对面安装的示例。

图18描绘了光学安装板158的可替代的圆形形状，其具有轴向定向的凹部，这些凹部具有径向方向上的螺纹的杆紧固孔32。安装件158的圆形形状适于接纳偶尔用于光密封光学实验所需的管道。开口孔眼159允许容易地移除板，而不必完全移除一些安装螺钉。开口孔眼159也有助于它们通过铝挤压工艺进行低成本的制造。

图19描绘了光学安装件160，其结合了图18中安装板158的外部杆紧固凹部和图16中安装板124的内部杆安装凹部。根据本发明，图21示出了两个杆如何利用长螺钉164紧固至安装件160的内部凹部128和外部凹部30，以通过无螺纹孔162(图19)将两个杆夹紧在一起。图21进一步示出了不同尺寸的安装件170和160如何通过相同的方法紧固在一起。这种布置的一个应用是构建天文望远镜。因为杆144具有螺纹安装孔146(图17)，因此紧固螺钉164可以直接紧固到这些杆上。然而，对于较大的安装件，穿过杆62的无螺纹孔和较小杆12的无螺纹孔的每个安装螺钉166将需要锁定螺母182来将两个杆朝向彼此夹紧。

图22示出了铰接式连接件172，其被设计成与所述安装板84组合工作，以允许光学组件中的光路弯曲。铰接式连接件172由两个转动销176组成，这些转动销靠接在紧固至安装板84的枢转支撑件174的两个端部上。图23示出了两个铰接式连接件172和三个安装板84的成对组合如何能够关联两个光轴，并允许它们围绕棱镜196的光学中心旋转。可以使用回转臂182和锁定螺母188来锁定两个光轴之间的枢转角，回转臂182用锁定螺钉190联接在一起。锁定螺钉靠接在槽184上，锁定螺钉可以根据需要解锁，以允许进一步的角度调节。

图23还示出了滑动连接件94，该滑动连接件94允许光学安装件10沿着杆被紧固在孔54之间。如先前在图1中所解释的，光学部件可以根据需要利用延伸环42自由定位在安装板内。在安装板本身必须沿着杆移位的情况下，则可以使用滑动连接件96。如图23所示，板紧固螺钉18沿着滑动连接件94的长形的凹部98靠接在槽100内，并且可以通过锁定螺母202锁定到位。

图23示出了分光镜的典型实验室布置，但也很好地表示了可以如何将这种组件作为现成的模块备用，以用于建造进一步的机构。现有技术中安装板的高成本和较厚的尺寸阻止了它们被布置成模块。通过本发明中安装板的较低成本和更紧凑的几何形状，可以与预先组装的模块一起工作，并避免使用分散的硬件进行精细的组装实践。

工业适用性

特别地，除了在构建原型和实验光学仪器和测量装置中应用之外，该系统还可以用于任何复杂程度的光学教学。

Claims (22)

1.一种光学笼套件，包括：

至少一个被截的多边形光学安装板，其具有穿过其中的同心的中心孔，所述中心孔限定的内半径的尺寸允许光学元件安装在其中；

所述安装板具有的厚度尺寸使得螺纹孔能够沿正交方向包含在其中；

所述安装板中的多个径向定向的螺纹孔；

所述安装板进一步具有多边形外接周边，从而允许制造纵向凹部，以在轴向方向上接纳杆；

所述安装板中的多个轴向定向的沉孔；以及

多个板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的多个横向设置的沉孔式孔眼，其中每个所述杆适于安装至所述安装板中的纵向定向的凹部。

2.根据权利要求1所述的光学安装板，包括：

所述安装板具有的厚度尺寸使得螺纹孔能够沿正交方向包含在其中，以允许经由板保持螺钉安装至所述安装板的表面上的沉孔。

3.根据权利要求1所述的光学笼套件，包括：

所述安装板中的穿过其中的多个轴向定向的螺纹孔眼，其中来自一个板的所述轴向定向的沉孔中的至少一个适于经由板保持螺钉与另一个板上的轴向定向的螺纹孔配合。

4.板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的多个横向设置的沉孔，以允许沿所述杆在两个或更多个安装板的侧面上的螺纹孔上的安装。

5.根据权利要求1所述的光学安装板，其中两个相对的部分已经被移除，从而留下剩余的两个长形的杆紧固凹部，以允许所述保持杆的侧面安装。

6.根据权利要求5所述的光学安装板，包括：

板的周边上的纵向定向的凹部，以允许杆在轴向方向上的安装。

7.根据权利要求1所述的光学安装板，包括：

多个板保持杆，其具有沿轴向方向穿过其中的多个横向设置的沉孔式孔眼，其中每个所述杆适于经由板保持螺钉安装至所述安装板的表面上的螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的光学笼套件，包括：

多个板保持杆，其具有沿轴向方向穿过其中的多个横向设置的螺纹孔眼，其中每个所述杆适于经由板保持螺钉安装至所述安装板的表面上的沉孔。

9.一种光学笼套件，包括：

至少一个被截的多边形光学安装板，其具有穿过其中的同心的中心孔，所述中心孔限定的内半径的尺寸允许光学元件安装在其中；

所述安装板具有的厚度尺寸使得螺纹孔能够沿正交方向包含在其中；

所述安装板中的多个径向定向的螺纹孔；

所述安装板具有的厚度尺寸使得允许在所述安装件的表面上制造径向定向的凹部，以在径向方向上接纳杆；

所述安装板中的多个轴向定向的沉孔；

所述安装板中的多个轴向定向的螺纹孔；以及

多个板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的多个横向设置的沉孔式孔眼，其中每个所述杆适于安装至所述安装板中的径向定向的凹部。

10.一种光学笼套件，包括：

至少一个被截的多边形光学安装板，其具有穿过其中的同心的中心孔，所述中心孔限定的内半径的尺寸允许光学元件安装在其中；

所述安装板具有的厚度尺寸使得螺纹孔能够沿正交方向包含在其中；

所述安装板中的多个径向定向的螺纹孔；

所述安装板具有的厚度尺寸使得允许制造正交定向的凹部，以在正交方向上接纳杆；

所述安装板中的多个轴向定向的沉孔；

所述安装板中的多个轴向定向的螺纹孔；

以及

多个板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的多个横向设置的沉孔式孔眼，其中杆的每个所述端部适于安装至所述安装板中的正交定向的凹部。

11.形成为半圆形弧形状的支撑杆，其在轴向方向上具有多个沉孔和螺纹孔，以允许将两个或更多个安装板安装在一起。

12.角连接件，其具有两个相互一致的正交定向的杆接纳凹部；和

轴向定向的杆接纳凹部；和

径向定向的杆接纳凹部；以及

相应的螺纹孔，以允许两个或三个杆接合以形成T形接头。

13.角连接件，其具有两个相互成直角的长形的正交定向的杆接纳凹部；和

轴向定向的杆接纳凹部；和

径向定向的杆接纳凹部；以及

相应的螺纹孔，以允许两个杆接合以形成L形接头，或者允许三个杆接合以形成角立方体，或者允许四个杆接合以形成具有对角支撑的角立方体。

14.一种光学笼套件，包括：

至少一个被截的多边形光学安装板，其具有穿过其中的同心的中心孔，所述中心孔限定的内半径的尺寸允许光学元件安装在其中；

所述安装板具有的厚度尺寸使得螺纹孔能够沿正交方向包含在其中；

所述安装板中的多个径向定向的螺纹孔；

所述安装板中的多个轴向定向的孔；

所述安装板进一步具有内部圆形孔，从而允许制造纵向定向的内凹部，以在轴向方向上接纳杆；

所述安装板中的多个径向定向的孔；以及

多个板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的多个横向设置的螺纹孔眼，其中每个所述杆适于安装至所述安装板中的纵向定向的内凹部。

15.一种光学笼套件，包括：

至少一个被截的柱形光学安装板，其具有外半径并且具有穿过其中的同心的中心孔，所述中心孔限定内半径，所述内半径的尺寸允许光学元件安装在其中；

所述安装板具有的厚度尺寸使得螺纹孔能够沿径向方向包含在其中；

所述安装板中的多个轴向定向的螺纹孔；

所述安装板进一步具有外圆形周边，从而允许制造纵向凹部以在轴向方向上接纳杆；

所述安装板中的多个轴向定向的螺纹孔；和

多个板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的多个横向设置的沉孔式孔眼，其中每个所述杆适于安装至所述安装板中的轴向定向的凹部。

16.根据权利要求1所述的光学安装板，还具有内侧圆形周边，从而允许制造与所述外凹部一致的纵向内凹部，以在轴向方向上接纳内杆和外杆两者；

所述凹部中的多个径向定向的孔；以及

多个板保持杆，其具有沿径向方向穿过其中的螺纹孔眼和沉孔式孔眼，其中一对所述杆适于安装至所述安装板中的纵向定向的内凹部和纵向定向的外凹部，以将较小尺寸的安装件连接至较大尺寸的安装件。

17.根据权利要求14所述的光学安装板，具有旋转摩擦锁定杆，所述旋转摩擦锁定杆装备有沿其长度凹入的薄橡胶衬里，以便通过旋转手柄将透镜单元锁定到位。

18.根据权利要求1所述的光学安装板，其中两个部分已经被去除，以便在所述安装板中留下剩余的两个可插入的凹部，所述可插入的凹部适于在每个所述凹部中穿过其中接纳板保持杆。

19.根据权利要求16所述的光学安装板，其中主要部分已被去除，以便在所述安装板中留下剩余的两个可插入的内凹部，所述可插入的内凹部适于在每个所述凹部中接纳板保持杆；和

所述安装板中的剩余的两个可插入的外凹部，所述可插入的外凹部适于在每个所述凹部中接纳板保持杆，以将较小尺寸的安装件连接至较大尺寸的安装件。

20.根据权利要求1所述的多边形光学安装板，其中轴向定向的沉孔的外部部分已经被移除，以便于通过挤压工艺制造它们。

21.根据权利要求15所述的圆形光学安装板，其中轴向定向的沉孔的外部部分已经被移除，以便于通过挤压工艺来制造它们。

22.一种铰接式角连接件，包括一个固定部分和两个枢转部分，以连接相接合的安装板，所述安装板被布置成使得所述安装板的角度定向能够被调节，并且

所述安装板装配有锁定机构，所述锁定机构包括带有叠置的长形的环形孔眼的两个圆弧部，所述圆弧部通过紧固螺钉接合以锁定它们的角位置。

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