CN116299933B - 光学调整架、调整方法、光学组件以及光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学调整架、调整方法、光学组件以及光学系统，光学调整架用以接收来自光源的入射光束，光学调整架包括镜架，设置有安装孔；套筒，套筒成偏心结构；光学元件，光学元件用于形成出射光轴；安装孔套设于套筒外，光学元件设置于套筒内，光学元件的出射光轴与套筒内圈的中轴线成夹角α设置；光学元件能够相对于套筒发生转动，套筒能够相对于安装孔发生转动。

Description

光学调整架、调整方法、光学组件以及光学系统

技术领域

本发明涉及光学装置技术领域，具体地，涉及一种光学调整架、调整方法、光学组件以及光学系统。

背景技术

在需要构件光学系统的场景中，例如在光学实验或激光器的应用场景中，为了构建设定的光学系统，以使得光路按照设定的传播方向进行传播，通常使用光学调整架来支撑和调节光学元件，其中光学元件例如为透镜、反射镜等。

为了调节光学元件在光学系统中的位置，常规的光学调整架包括诸多组成部分，多个组成部分通过调节螺丝或拉簧等方式进行多个自由度的调节。但是，由于在加工过程中，光学调整架的每个部分均会发生加工误差，各个组成部分相叠加，加工误差会形成累计。

为了避免加工误差，在实际生产的过程中，在光学调整架的各组成部分加工完毕之后，会再进行打磨或增加垫块等方式进行调整，但是这造成了加工效率低的情况。

有鉴于此，亟需提供一种技术方案能够弥补光学调整架的加工误差，同时能够提高误差弥补的效率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光学调整架、调整方法、光学组件以及光学系统的新技术方案,通过对光学调整架的结构进行改进以能够弥补光学调整架的加工误差，同时能够提高误差弥补的效率。

在本发明的一个方面，提供了一种光学调整架，光学调整架用以接收来自光源的入射光束，光学调整架包括：镜架，设置有安装孔；套筒，套筒成偏心结构；光学元件，光学元件用于形成出射光轴；安装孔套设于套筒外，套筒套设于光学元件外，光学元件的出射光轴与套筒内圈的中轴线成夹成α设置；光学元件能够相对于套筒发生转动，套筒能够相对于安装孔发生转动。

在光学调整架进行调光的过程中，当旋转偏心结构的套筒时，套筒的内圈圆心会以套筒外圈圆心为旋转中心沿周向旋转，从而圆心会形成圆形的运动轨迹。当套筒内圈的圆心转动至不同位置时，内圈的圆心与套筒外圈的中轴线所在的沿水平方向延伸的平面的直线距离也会随之变化。旋转套筒以使得内圈的圆心与套筒外圈的中轴线所在的沿水平方向延伸的平面的直线距离等于加工误差时，安装孔的加工误差被弥补。

当套筒发生旋转时，内圈圆心相对于外圈圆心在径向也会同时发生移动，光学元件的出射光轴也会随着内圈圆心在径向上相对于外圈圆心发生移动从而相对于圆心发生漂移。

为了避免在弥补安装孔的加工误差的过程中光学元件出射光轴发生漂移的情况，通过出射光轴与套筒的内圈的中轴线成角度α设置的方式，当旋转光学元件时，出射光轴会围绕出射光轴与内圈的中轴线的交点进行旋转，出射光轴能形成锥形的运动轨迹。

通过旋转光学元件能够带动出射光轴旋转至出射光轴穿过套筒的外圈圆心并向外传播。从而能够弥补内圈圆心相对于外圈圆心在径向的位移导致的光学元件的出射光轴发生漂移的情况，从而调准出射光轴的传播方向。

此外，在安装镜架时，镜架也会发生安装的俯仰角度误差，通过旋转套筒以及光学元件的方式，也能够有效地弥补镜架在安装时的俯仰角度的误差。

通过采用本发明中的方式，能够显著地降低安装架的加工精度，简化弥补加工误差的方式，提供弥补加工误差工作的效率。

可选地，还包括连接件，套筒套设于连接件外，光学元件固设于连接件内，连接件能够相对于套筒发生转动，从而带动光学元件同步转动。

可选地，夹角α小于等于5°，偏心距离t位于0.5mm-3mm之间。

可选地，连接件的内壁开设有卡槽，光学元件嵌设于卡槽，卡槽的中轴线与光学元件的出射光轴相重合。

可选地，还包括：

第一锁止组件，以将镜架与套筒在周向上配合于锁止工位；

第二锁止组件，以将套筒与连接件在周向上配合于锁止工位。

可选地，第一锁止组件包括第一螺孔和与第一螺孔相适配的第一顶丝，第一顶丝在外力的驱使下能够在第一螺孔内发生旋转以压持或远离于套筒的外圈的侧壁；

第二锁止组件包括第二螺孔和与第二螺孔相适配的第二顶丝，第二顶丝在外力的驱使下能够在第二螺孔内发生旋转以压持或远离于连接件的外表面。

可选地，套筒包括第一凸环部，第一凸环部由镜架伸出并沿径向延伸，连接件包括第二凸环部，第二凸环部由套筒伸出并沿径向延伸；

第一螺孔开设于镜架；

第二螺孔开设于第一凸环部。

第二方面，还提供了一种基于上述光学调整架加工误差的调整方法，该方法包括：

旋转套筒，以调整套筒的内圈的圆心与套筒外圈的中轴线所在的沿水平方向延伸的平面之间直线距离；

调整光学调整架距离光源的距离并旋转连接件，以驱使出射光轴穿过套筒外圈的圆心。

第三方面，还提供了一种光学组件，包括支架和上述的光学调整架，支架用以与镜架连接。

第四方面，还提供了一种光学系统，包括光源以及上述的光学调整架，光源用以发出入射光线，入射光线入射至光学元件以形成出射光轴。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。

图1是本发明实施例中光学调整架的结构示意图；

图2是本发明实施例中光学调整架的镜架的剖面图；

图3是图1的剖面图；

图4是图1部分的前视图，状态之一；

图5是本发明实施例中光学调整架的套筒沿图4中A-A线的剖面图；

图6是图1部分的前视图，状态之二；

图7是本发明实施例中光学调整架的连接件的剖面图。

附图标记说明：

100、套筒；100a、内圈；100b、外圈； 103、第二螺孔；104、外圈的中轴线；105、内圈的中轴线；106、第一凸环部；200、连接件；203、卡槽；204、第二凸环部；300、镜架；301、安装孔；303、第一螺孔；304、腰孔；400、光学元件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本发明的一些实施例中，提供了一种光学调整架，光学调整架用以接收来自光源的入射光束，并能够相对于光源进行前、后的移动。如图1所示，光学调整架包括镜架300、套筒100、连接件200和光学元件400，光学元件400通过连接件200连接于套筒100，镜架300、套筒100以及连接件200在轴向形成限位。其中，镜架300、套筒100以及连接件200形成轴向限位的方式为现有技术，本领域技术人员可以自行选择，以防止镜架300、套筒100以及连接件200在轴向上脱开即可。

当然，也可以不单独设置连接件200，而是通过光学元件400直接可转动地设置于套筒100内壁的方式，以能够使得光学元件400相对于套筒100发生转动为准。

具体来说，镜架300用于支撑套筒100、连接件200和光学元件400。镜架300可以成L形、y字型或一字型等。如图2所示，镜架300开设有安装孔301，安装孔301为通孔，也可以为半封闭的盲孔等。参见图2和图3，套筒100可转动地嵌入于安装孔301内。安装孔301的孔壁与套筒100的外筒壁形成滑动配合，安装孔301的孔壁在径向上对套筒100形成限位，以防止套筒100在径向发生位移。

具体而言，在加工安装孔301的过程中，会形成加工误差。本领域技术人员可以理解的是，加工误差包括安装孔301的内圈100a轮廓的加工误差，以及安装孔301与套筒100配合的间隙误差，这种误差会导致光学元件400的出射光轴L2发生微小漂移，在出射光轴L2长距离传播后，该漂移值会被放大。

如图3、图4、图5，套筒100成偏心结构，偏心结构的偏心距离为t。如图4所示，套筒100包括内圈100a和外圈100b。套筒100的外圈100b与安装孔301同轴设置。套筒100的内圈100a与安装孔301偏心设置。套筒100的内圈100a具有内圈100a圆心r1，内圈100a的中轴线105穿过圆心r1，外圈100b的中轴线104穿过圆心r2。套筒100的外圈100b具有外圈100b圆心r2。r1与r2相间隔。如图5-图7所示，偏心距离t为套筒100内圈100a圆心r1与套筒100外圈100b圆心r2之间的距离。

参见图2、图3以及图7，套筒100套设于连接件200外，连接件200能够相对于套筒100发生转动。连接件200成筒状结构，连接件200的外壁与套筒100内圈100a的内壁形成滑动配合。连接件200与套筒100的内圈100a同轴设置，也即，连接件200的中轴线L1与套筒100的内圈100a的中轴线105相重合。

如图2和图3所示，光学元件400嵌设于连接件200，光学元件400用于接收入射光线并形成出射光轴L2。出射光轴L2与套筒100内圈100a的中轴线105之间成夹角α设置。

例如，光学元件400可以是透镜、反射镜或异形镜。在这里，对光学元件400的具体种类不进行限定。

其中，透镜、反射镜或异形镜均可以接收入射光线并形成出射光轴L2，出射光轴L2是指由光学元件400射出的光束的中心线。当光学元件400为透镜时，出射光轴L2为透镜的中心光轴，当光学元件400为反射镜时，出射光轴L2反射镜的出射光线的法线指向。

在光学调整架进行调光的过程中，如图4和图6所示，当旋转套筒100时，套筒100的内圈100a圆心r1会以套筒100外圈100b圆心r2为旋转中心沿周向旋转，从而圆心r1会形成圆形的运动轨迹c1。当套筒100内圈100a的圆心r1转动至c1的不同位置时，r1与套筒100外圈100b的中轴线104所在的平面p的直线距离h也会随之变化，从而对加工误差进行弥补。其中，平面p处于水平方向。r1可以转动至平面p的上侧，也可以转动至平面p的下侧，或转动至位于平面p上。

具体来说，继续参见图4、图5和图6，其中图4和图5展示了r1位于c1上第一位置的状态示意图，在图4、图5中，r1、r2之间的连线在竖直方向上延伸，此时t=h。

图6展示了r1位于c1上第二位置的状态示意图，此时，r1与r2的连线与竖直方向成角度设置，此时t＞h。

因此，套筒100的偏心距离t是h的极限值，偏心距离大于或等于加工误差。由此，能够通过设置套筒100的偏心距离t，使得偏心距离t大于或等于安装孔301加工误差的方式，通过旋转套筒100的方式就能够快速弥补安装孔301的加工误差。从而降低了安装孔301的加工精度要求，同时，简化了加工误差的弥补方式，提高了弥补加工误差的效率。

可选地，0.5mm＜t≤3mm。当t 的值位于该范围时，能够有效地覆盖现有的加工误差。

继续参见图6，当套筒100发生旋转时，在h发生变化时，圆心r1相对于圆心r2在径向也会同时发生移动，并且由于在套筒100发生转动时，连接件200和光学元件400会随着套筒100发生转动，所以，光学元件400的出射光轴L2也会随着圆心r1在径向上相对于圆心r2发生移动从而相对于圆心r2发生漂移。

参见图3和图7，为了避免在弥补安装孔301的加工误差的过程中光学元件400出射光轴L2发生漂移的情况，通过出射光轴L2与套筒100的内圈100a的中轴线105成角度α设置的方式，当旋转连接件200时，出射光轴L2会围绕出射光轴L2与内圈100a的中轴线105的交点C2进行旋转，以形成锥形的运动轨迹。

由此，通过旋转连接件200能够带动出射光轴L2旋转至出射光轴L2能够穿过r2并向外传播。从而能够弥补圆心r1相对于圆心r2在径向的位移导致的光学元件400的出射光轴L2发生漂移的情况，从而调准出射光轴L2的传播方向。

此外，在安装镜架300时，镜架300也会发生安装的俯仰角度误差，通过旋转套筒100以及连接件200的方式，也能够有效地弥补镜架300在安装时的俯仰角度的误差。

可选地，α≤5°，这样能够在α的范围内弥补镜架300安装时的俯仰角度误差。

在一个例子中，为了固定光学元件，连接件200的内壁开设有卡槽203。如图7所示，卡槽203是由连接件200的内壁在径向朝向外壁凹陷而成，并在连接件200的周向延伸。卡槽203可以是连续地环形也可以是间断地沿周向分布以构成环形，以能够固定光学元件400为准。

如图3和图7所示，卡槽的中轴线205与光学元件400的出射光轴L2相重合。也即卡槽的中轴线205与套筒100内圈100a的中轴线105之间也成夹角α设置。

在固定光学元件400的过程中，先在连接件200上构造有卡槽203，调整α以成设定的角度，再将光学元件400固定于卡槽203内。

可知的是，也可以不设置卡槽203来固定光学元件400，也可以是光学元件400直接胶接于连接件200的内壁。但是，通过采用与光学元件400出射光轴L2同轴设置的卡槽203来固定光学元件400的方式，在安装光学元件400的过程中，卡槽203能够起到定位的作用，提高光学元件400与套筒100的相对位置的准确性。

在一些实施例中，光学调整架还包括第一锁止组件和第二锁止组件，第一锁止组件用以将镜架300与套筒100在周向上配合于开锁工位和锁止工位，当镜架300与套筒100在周向上配合于开锁工位时，套筒100能够相对于镜架300转动，当镜架300与套筒100在周向上配合于锁止工位时，镜架300和套筒100无法发生相对的转动，从而第一锁止组件能够将套筒100固定于镜架300的设定位置。

第二锁止组件以将套筒100与连接件200在周向上配合于开锁工位和锁止工位，同理，套筒100与连接件200在周向上配合于开锁工位时，套筒100和连接件200能够发生转动，套筒100与连接件200在周向上配合于锁止工位时，第二锁止组件能将连接件200固定于套筒100的设定的位置。

如图2所示，第一锁止组件包括第一螺孔303和与第一螺孔303相适配的第一顶丝（图中未示出）。在图3中，第二锁止组件包括第二螺孔103和与第二螺孔103相适配的第二顶丝（图中未示出）。

第一顶丝和第二顶丝与第一螺孔303和第二螺孔103分别通过螺纹配合，当旋转第一顶丝时，第一顶丝能够相对于第一螺孔303的轴向移动以压持于套筒100的外圈100b的侧壁和远离套筒100的外圈100b的侧壁，在开锁时，驱使第一顶丝旋转以远离套筒100的外圈100b的侧壁，在锁止时，驱使第一顶丝反向旋转以压持于套筒100的外圈100b的侧壁。

同理，通过旋转第二顶丝能够使得连接件200与套筒100的内圈100a的侧壁配合于锁止工位和开锁工位。

第一锁止组件和第二锁止组件还可以是抱死结构、端面法兰锁死结构等，本领域技术人员可以自行选择，以能够实现镜架300、套筒100以及连接件200的开锁和锁止即可。

参见图3，套筒100包括第一凸环部106，第一凸环部106由镜架300伸出并沿径向延伸。连接件200包括第二凸环部204，第二凸环部204由套筒100伸出并沿径向延伸。在轴向上，第一凸环部106位于镜架300和第二凸环部204之间。第一螺孔303开设于镜架300，第二螺孔103开设于第一凸环部106。通过这样的方式，能够方便用户直接旋拧操作套筒100和连接件200。同时，也方便用户旋拧第一顶丝和第二顶丝。

可知的是，也可以是通过电机驱使套筒100和连接件200发生转动，或是通过电机驱转第一顶丝和第二顶丝，但是用户直接用手旋拧套筒100和连接件200的方式更加简便，能够简化光学调整架的结构，降低光学调整架的生产成本。

在本发明的实施例中，还提供了一种基于上述述的光学调整架的加工误差调整方法，该方法包括：

步骤1：旋转套筒100，以驱使套筒100的内圈100a的圆心r1与套筒100外圈100b的中轴线104所在的平面p之间直线距离与安装孔301的加工误差值相等；

步骤2：调整光学调整架距离光源（图中未示出）的距离并旋转连接件200，以驱使出射光轴L2穿过套筒100外圈100b的圆心r2。

通过该方法，能够弥补镜架300的安装孔301的加工误差以及安装孔301与连接件200的配合间隙误差，同时，能够避免出射光轴L2相对于外圈100b的圆心r2发生径向的漂移，且能够弥补固定镜架300的过程中镜架300安装的俯仰角的误差，进而显著地降低了加工镜架300、连接件200的精度的要求，简化了加工误差和安装误差的弥补方式，提高了弥补加工误差和安装误差的效率。

在本发明的另一个实施例中，公开了一种光学组件，该光学组件包括支架（图中未示出）和上述的光学调整架，支架用以与镜架300连接。支架用以固定光学调整架，镜架300上开设有多个腰孔304，在实际使用的过程中，使用连接螺栓穿过腰孔304将镜架300螺纹连接在支架设定的位置。腰孔304与螺栓之间存在间隙，从而给镜架300相对于支架的位置调节留有余量。

在本发明的另一个实施例中，公开了一种光学系统，该光学系统包括光源以及上述的光学调整架，光源用以发出入射光线，入射光线入射至光学元件400内以形成出射光轴L2。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学调整架，其特征在于，所述光学调整架包括：

镜架(300)，设置有安装孔(301)；

套筒(100)，所述套筒(100)成偏心结构，所述偏心结构的偏心距离为t，所述套筒(100)包括内圈(100a)和外圈(100b)；

光学元件(400)，所述光学元件(400)用于形成出射光轴；

所述安装孔(301)套设于所述套筒(100)外，所述外圈(100b)与所述安装孔(301)同轴设置，所述内圈(100a)与所述安装孔(301)偏心设置，所述内圈(100a)具有内圈圆心r1，所述内圈(100a)的中轴线(105)穿过所述内圈圆心r1，所述外圈(100b)的中轴线(104)穿过外圈圆心r2，所述外圈(100b)具有外圈圆心r2，所述r1与所述r2相间隔，所述偏心距离t为所述内圈圆心r1与所述外圈圆心r2之间的距离，

所述光学元件(400)设置于所述套筒(100)内，所述光学元件(400)的出射光轴与所述套筒(100)内圈(100a)的中轴线(105)成夹角α设置；

所述光学元件(400)能够相对于所述套筒(100)发生转动，所述套筒(100)能够相对于所述安装孔(301)发生转动；

当旋转所述套筒(100)时，所述内圈圆心r1会以所述外圈圆心r2为旋转中心沿周向旋转，从而所述内圈圆心r1会形成圆形的运动轨迹c1；

当所述内圈圆心r1转动至c1的不同位置时，所述内圈圆心r1与所述外圈(100b)的中轴线(104)所在的平面p的直线距离h也会随之变化，从而对加工误差进行弥补。

2.根据权利要求1所述的光学调整架，其特征在于，还包括连接件(200)，所述套筒(100)套设于所述连接件(200)外，所述光学元件(400)固设于所述连接件(200)内，所述连接件(200)能够相对于所述套筒(100)发生转动，从而带动所述光学元件(400)同步转动。

3.根据权利要求2所述的光学调整架，其特征在于，所述连接件(200)的内壁开设有卡槽(203)，所述光学元件(400)嵌设于所述卡槽(203)，所述卡槽(203)的中轴线(205)与所述光学元件(400)的出射光轴相重合。

4.根据权利要求2所述的光学调整架，其特征在于，所述夹角α小于等于5°，所述套筒(100)的偏心距离t位于0.5mm-3mm之间。

5.根据权利要求2-4任一项所述的光学调整架，其特征在于，还包括：

第一锁止组件，以将所述镜架(300)与所述套筒(100)在周向上配合于锁止工位；

第二锁止组件，以将所述套筒(100)与所述连接件(200)在周向上配合于锁止工位。

6.根据权利要求5所述的光学调整架，其特征在于，所述第一锁止组件包括开设于所述镜架(300)的第一螺孔(303)和与所述第一螺孔(303)相适配的第一顶丝，所述第一顶丝在外力的驱使下能够在所述第一螺孔(303)内发生旋转以压持或远离于所述套筒(100)的外圈(100b)的侧壁；

所述第二锁止组件包括开设于所述套筒(100)的第二螺孔(103)和与所述第二螺孔(103)相适配的第二顶丝，所述第二顶丝在外力的驱使下能够在所述第二螺孔(103)内发生旋转以压持或远离于所述连接件(200)的外表面。

7.根据权利要求6所述的光学调整架，其特征在于，所述套筒(100)包括第一凸环部(106)，所述第一凸环部(106)由所述镜架(300)伸出并沿径向延伸，所述连接件(200)包括第二凸环部(204)，所述第二凸环部(204)由所述套筒(100)伸出并沿径向延伸，所述第二螺孔(103)开设于所述第一凸环部(106)。

8.一种光学调整架的加工误差调整方法，该调整方法基于权利要求1-7任一项所述的光学调整架，其特征在于，包括：

旋转所述套筒(100)，以调整所述套筒(100)的内圈(100a)的圆心与所述套筒(100)外圈(100b)的中轴线(105)所在的沿水平方向延伸的平面p之间的直线距离；

调整所述光学调整架距离光源的距离并旋转所述光学元件(400)，以驱使所述出射光轴穿过所述套筒(100)外圈(100b)的圆心。

9.一种光学组件，其特征在于，包括支架和权利要求1-7任一项所述的光学调整架，所述支架用以与所述镜架(300)连接。

10.一种光学系统，其特征在于，包括光源以及权利要求1-7任一项所述的光学调整架，所述光源用以发出入射光线，所述入射光线入射至所述光学元件(400)以形成所述出射光轴。