CN210119623U - 用于大口径光学元件的镜架调整结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于大口径光学元件的镜架调整结构，包括安装组件和调节机构，调节机构包括偏转组件和仰俯组件，安装组件用于固定光学元件；偏转组件包括第二层板和偏转驱动件，仰俯组件包括第三层板和仰俯驱动件；第一层板、第二层板和第三层板由上至下依次排布设置；第一层板和第二层板旋转连接，第二层板上设置偏转驱动件带动第一层板做偏摆运动；第二层板下板面上设弧形导轨，第三层板上板面设成对的垫块；通过弧形导轨在垫块上做滑动运动，以实现仰俯驱动件带动第二层板做仰俯运动。本实用新型提供的镜架的调整机构设在光学镜片下方，可节省空间，不干扰光路；承重集中在下方，光学元件不承重，可有效的保护光学元件。

Description

用于大口径光学元件的镜架调整结构

技术领域

本实用新型涉及光学器件技术领域，具体涉及用于大口径光学元件的镜架调整结构。

背景技术

大口径光学元件是高功率固体激光装置的重要组成部分，如点火装置(NIF)内包含800多块大口径反射镜，这些大口径反射镜可用于引导光束走向，大口径反射镜调整架其主要功能是通过对大口径反射镜姿态的精确控制，实现引导光束刻蚀光栅。一般现有技术中，用于大口径反射镜的调整镜架对分设在光学元件两侧，存在以下不足：

1、现有调整架的调节机构安装在光学元件两侧，安装空间需求较大，结构不紧凑；

2、由于反射镜镜面两侧有调节机构，光路易受干扰，且左右两侧如需光路传输，无法满足反射镜镜片左右两侧可任意靠近的需求；

3、由于光学元件两侧有调整架，会因两侧调整架零部件阻挡导致无法满足精密光栅洁净度要求；

4、现有调整架的调节机构安装在光学元件两侧，增大光学元件的承重，易造成反射镜镜片的破损。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了解决上述问题的用于大口径光学元件的镜架调整结构。

本实用新型通过下述技术方案实现：

用于大口径光学元件的镜架调整结构，包括安装组件和调节机构，所述调节机构包括偏转组件和仰俯组件，所述安装组件包括第一层板和定位件；所述偏转组件包括第二层板和偏转驱动件，所述仰俯组件包括第三层板和仰俯驱动件；

第一层板、第二层板和第三层板由上至下依次排布设置；

所述定位件设于第一层板上、且位于第一层板上方，定位件用于固定光学元件；

第一层板和第二层板通过回转轴承旋转连接，第二层板上安装有偏转驱动件，偏转驱动件带动第一层板以回转轴承为轴心在水平面内做偏摆运动；

第二层板朝向第三层板的板面上设有若干弧形导轨，若干弧形导轨均沿光学元件的镜面前后方向延伸，每个弧形导轨呈下凸结构；第三层板朝向第二层板的板面上设有与弧形导轨适配若干对垫块，每对垫块中的两个垫块分别位于靠近弧形导轨的两端处；通过弧形导轨在垫块上做滑动运动，以实现仰俯驱动件带动第二层板做仰俯运动。

本实用新型提供的安装组件主要用于安装光学元件，具有镜片支撑、定位、夹紧和保护的作用；通过调整机构主要用于实现对光学元件水平和俯仰运动的精确控制。偏转组件通过回转轴承的旋转运动实现水平旋转，偏转驱动件带动第一层板以及第一层板上安装的光学元件以回转轴承为轴心做水平偏摆运动；俯仰机构是通过弧形导轨在第三层板的一对垫块之间来回滑动，从而带动第二层板、第一层板以及第一层板上的光学元件做仰俯动作。各维度的转动(即偏转运动和仰俯运动)调整可相对独立，互不干扰，从而达到精准和快速调整的目的。

进一步地，所述定位件包括安装基板和带肋钢板；安装基板的一端通过带肋钢板与第一层板连接，安装基板的另一端用于卡设光学元件，光学元件的上下端卡设在安装基板的下表面和第一层板的上表面之间。

安装基板一端用于卡紧光学元件，安装基板另一端通过带肋的钢板与偏转组件的第一层板连接，从而达到保护镜片的目的，保障光学元件在偏转组件和仰俯组件带动下同步做旋转或仰俯动作，通过带肋钢板结构在保证整体刚性和稳定性的前提下进行了减重处理。

进一步地，所述定位件还包括聚四氟乙烯镶块，聚四氟乙烯镶块通过螺栓固定在安装基板的另一端；光学元件顶部开设有定位槽，所述定位槽用于嵌入聚四氟乙烯镶块；所述第一层板上设有与光学元件底边适配的卡槽。

安装基板与镜片接触的部分附有聚四氟乙烯镶块，嵌入光学元件的定位槽内限位，主要是为了在限位的同时，防止金属制的安装基板的热变形对镜片造成拉扯，影响镜片工作及使用寿命。

进一步地，所述第一层板相对第二层板的平偏摆运动是以光学元件前表面的竖直中心线为旋转轴。

偏摆组件通过回转轴承的旋转运动实现第一层板及光学元件的水平偏摆运动，水平偏摆运动以光学元件前表面的竖直中心线为旋转轴，这样在偏摆转动调整过程中，镜片的中心点位置不会因为其中任何一个维度的调整而改变。

进一步地，所述垫块上设有圆柱滚子轴承，弧形导轨与圆柱滚子轴承滚动接触。

通过在垫块上设置圆柱滚子轴承使弧形导轨与圆柱滚子轴承滚动接触，可有效减小弧形导轨与垫块的摩擦阻力，提高仰俯运动控制的精度和稳定性。

进一步地，所述第二层板朝向第三层板的板面上、且分别位于弧形导轨延伸方向的两端均设有限位块，所述限位块与设于第三层板上的限位卡槽适配起到限制第二层板仰俯角度的作用。

通过第二层板上的限位块与第三层板上的限位卡槽适配，保障第二层板在设定角度范围内做仰俯运动，起到预防保障作用。

进一步地，所述偏转驱动件和仰俯驱动件均采用直线运动驱动器。

进一步地，所述第二层板上，以回转轴承为基点对称分布设置偏转驱动件，回转轴承两侧的偏转驱动件分别同步做推出或回拉动作以带动第一层板做偏转运动。

将偏转驱动件对称安装在回转轴承两侧，其中一侧的偏转驱动件做推出或回拉动作，则另一侧的偏转驱动件同步做回拉或推出动作，以实现一推一拉的驱动平衡，保障光学元件稳定偏转。

进一步地，所述直线运动驱动器包括伺服电机组件、联轴器、螺母、丝杆、螺母座、直线导轨和底座；所述伺服电机组件经减速器减速后通过联轴器驱动丝杆旋转，螺母在丝杆带动下带动螺母座在直线导轨上做直线运动；

螺母自由端通过球铰结构与第一层板或第二层板铰接连接，球铰结构的球座部与第一层板或第二层板连接，球铰结构的球头部与螺母自由端连接，螺母带动球头部直线运动，最终转化为光学元件的偏转运动或仰俯运动。

进一步地，所述第三层板上，以光学元件前表面的竖直中心线为基准线对称分布设置仰俯驱动件，且位于基准线任意一侧的仰俯驱动件与第二层板连接的球铰结构均位于相邻两个弧形导轨之间。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

本实用新型调整架可实现偏摆、俯仰精密调节。

本实用新型的提供的调整镜架的调整机构设在光学镜片下方，可节省空间，不干扰光路，不影响光学元件的洁净度，且承重集中在下方，光学元件不承重，可有效的保护光学元件。

大口径反射镜调整镜架其主要功能是通过对大口径反射镜姿态的精确控制，实现引导光束刻蚀光栅。本实用新型设计以大口径反射镜调整镜架的运动控制精度为设计目标，以调整镜架工作的可靠性和稳定性为设计重点，并充分考虑调整镜架及光学零件的转运、安装、调试等工作的可操作性以及安全性，满足系统使用过程中的各种需求。

本实用新型提供的调整镜架整体设计，可使调整镜架的总高控制在较低的范围内。将光学元件安装于调整镜架后，光学元件底部至工作台表面的距离总高仅为380mm，结构紧凑且节省空间，长度方向总长为1610mm，宽度方向为770mm，可满足大口径光学镜片的安装和调整需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的光学元件在调整镜架上安装结构示意图；

图2为本实用新型的调整镜架立体结构示意图；

图3为本实用新型的调整镜架平面结构示意图；

图4为本实用新型的调节机构立体结构示意图；

图5为本实用新型的偏转组件结构示意图；

图6为本实用新型的仰俯组件结构示意图；

图7为本实用新型的第二层板结构示意图；

图8为本实用新型的仰俯动作原理图；

图9为本实用新型的直线运动驱动器结构示意图；

图10为本实用新型的偏转驱动件和仰俯驱动件分布结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-安装组件，2-偏转组件，3-仰俯组件；

11-第一层板，12-定位件；

21-第二层板，22-偏转驱动件，23-回转轴承；

31-第三层板，32-仰俯驱动件，33-弧形导轨，34-垫块，35-圆柱滚子轴承，36-限位块；

4-光学元件；

121-安装基板，122-带肋钢板，123-聚四氟乙烯镶块，124-定位槽，125-卡槽；

51-伺服电机组件，52-联轴器，53-螺母，54-丝杆，55-螺母座，56-直线导轨，57-底座，58-球头部；

A-调节机构，B-回转轴承安装孔，C-球铰连接部，D-质心。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例提供了用于大口径光学元件的镜架调整结构，包括安装组件1、调节机构和平台，调节机构固定在平台上。调节机构包括偏转组件2和仰俯组件3，安装组件1包括第一层板11和定位件12；所述偏转组件2包括第二层板21和偏转驱动件22，所述仰俯组件3包括第三层板31和仰俯驱动件32；

第一层板11、第二层板21和第三层板31由上至下依次排布设置，第一层板11、第二层板21和第三层板31三者呈长方体或类似长方体的板结构，且三者板面相互平行设置；

定位件12设于第一层板11上、且位于第一层板11上方，定位件12用于固定光学元件4；

第一层板11和第二层板21通过回转轴承23旋转连接，第一层板11和第二层板21的板面中心部位均开设有回转轴承安装孔，回转轴承23的两端分别贯穿固定在第一层板11和第二层板21上的回转轴承安装孔内，回转轴承23的轴心线方向与第一层板11和第二层板21板面方向垂直；第二层板21上安装有偏转驱动件22，偏转驱动件22带动第一层板11以回转轴承23为轴心在水平面内做偏摆运动；

第二层板21朝向第三层板31的板面上，即第二层板21的下板面上设有多个弧形导轨33，多个弧形导轨33沿第二层板21的轴向均匀分布，每个弧形导轨33均沿光学元件4的镜面前后方向延伸(即均沿第二层板21的径向延伸)，每个弧形导轨33呈下凸结构；第三层板31朝向第二层板21的板面上，即第三层板31的上表面设有与弧形导轨33适配多对垫块34，每对垫块34中的两个垫块34分别位于靠近弧形导轨33的两端处；通过弧形导轨33在垫块34上做滑动运动，以实现仰俯驱动件32带动第二层板21做仰俯运动。弧形导轨33的形状可以是规则的圆弧，或者只是与垫块34滑动接触的行程内呈平滑的弧形结构。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，所述定位件12包括安装基板121和带肋钢板122，安装基板121采用钢板结构；安装基板121的一端通过带肋钢板122与第一层板11连接，带肋钢板122轴向两端通过螺栓分别与安装基板121和第一层板11可拆卸连接；安装基板121的另一端用于卡设光学元件4，光学元件4的上下端卡设在安装基板121的下表面和第一层板11的上表面之间。定位件12还包括聚四氟乙烯镶块123，聚四氟乙烯镶块123通过螺栓固定在安装基板121的另一端；光学元件4顶部开设有定位槽124，定位槽124用于嵌入聚四氟乙烯镶块123；第一层板11上设有与光学元件4底边适配的卡槽125。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，所述偏转驱动件22和仰俯驱动件32均采用直线运动驱动器，所述直线运动驱动器包括伺服电机组件51、联轴器52、螺母53、丝杆54、螺母座55、直线导轨56和底座57；伺服电机组件51包括无刷伺服电机和零背隙减速器，螺母53和丝杆54分别采用消隙丝杆和消隙螺母；伺服电机组件51经减速器减速后通过联轴器52驱动丝杆54旋转，螺母53在丝杆54带动下带动螺母座55在直线导轨56上做直线运动；偏转驱动件22通过底座57固定在第二层板21的下板面上，仰俯驱动组件32通过底座57固定在

第三层板31的上板上；

螺母53自由端通过球铰结构与第一层板11或第二层板21铰接连接，球铰结构采用现有的零间隙球铰结构，球铰结构的球座部与第一层板11或第二层板21连接，球铰结构的球头部58与螺母53自由端连接，螺母53带动球头部58直线运动，最终转化为光学元件4的偏转运动或仰俯运动。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，所述第二层板21上，以回转轴承23为基点对称分布设置偏转驱动件22，回转轴承23两侧的偏转驱动件22分别同步做推出或回拉动作以带动第一层板11做偏转运动；第一层板11相对第二层板21的平偏摆运动是以光学元件4前表面的竖直中心线为旋转轴。

实施例5

在实施例4的基础上进一步改进，所述第二层板21朝向第三层板31的板面上、且分别位于弧形导轨33延伸方向的两端均设有限位块36，限位块36与设于第三层板31上的限位卡槽适配起到限制第二层板21仰俯角度的作用。垫块34上设有圆柱滚子轴承35，弧形导轨33与圆柱滚子轴承35滚动接触。第三层板31上，以光学元件4前表面的竖直中心线为基准线对称分布设置仰俯驱动件32，且位于基准线任意一侧的仰俯驱动件32与第二层板21连接的球铰结构均位于相邻两个弧形导轨33之间。

俯仰驱动件32和偏摆驱动件22这两套驱动组件，对称安装，以实现一推一拉的驱动平衡；还可通过电机凸轮的方式进行同步控制，从而实现运动同步。

实施例6

基于实施例5提供的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其位移参数计算如下：

大口径反射镜调整镜架是高精密光学装置，其镜片角度调整的运动精度控制指标要求为：

a)调节范围：水平：>±0.75°，俯仰：>±0.75；

b)灵敏度：0.2″；

c)短时间稳定性：0.5″(3H，±0.1℃)；

d)长时间稳定性：30″(±0.5℃)。

该大口径光学元件调整镜架可实现调节分辨率为0.2″的要求，要求的0.2″灵敏度换算到水平力臂700mm上丝杆的直线位移分辨率，俯仰力臂上775mm上丝杆的直线位移分辨率分别为：

俯仰：0.75μm；

水平：0.68μm。

根据设计要求，选择分辨率为1.5°/step的电机，减速机传动比为25，丝杆导程选择2mm，即可满足分辨率为0.2″要求。

光学元件的调节范围可根据限位块的位置进行设定，当电动调节的范围：水平>±0.75°，俯仰>±0.75；反射镜俯仰和偏转运动时丝杠所需满足的最小位移量分别为：

俯仰：x＝±10.14mm；

水平：x＝±9.16mm。

即只需将限位块之间的距离设定为20.28mm以上就可满足要求。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于大口径光学元件的镜架调整结构，包括安装组件(1)和调节机构，所述调节机构包括偏转组件(2)和仰俯组件(3)，其特征在于，所述安装组件(1)包括第一层板(11)和定位件(12)；所述偏转组件(2)包括第二层板(21)和偏转驱动件(22)，所述仰俯组件(3)包括第三层板(31)和仰俯驱动件(32)；

第一层板(11)、第二层板(21)和第三层板(31)由上至下依次排布设置；

所述定位件(12)设于第一层板(11)上、且位于第一层板(11)上方，定位件(12)用于固定光学元件(4)；

第一层板(11)和第二层板(21)通过回转轴承(23)旋转连接，第二层板(21)上安装有偏转驱动件(22)，偏转驱动件(22)带动第一层板(11)以回转轴承(23)为轴心在水平面内做偏摆运动；

第二层板(21)朝向第三层板(31)的板面上设有若干弧形导轨(33)，若干弧形导轨(33)均沿光学元件(4)的镜面前后方向延伸，每个弧形导轨(33)呈下凸结构；第三层板(31)朝向第二层板(21)的板面上设有与弧形导轨(33)适配若干对垫块(34)，每对垫块(34)中的两个垫块(34)分别位于靠近弧形导轨(33)的两端处；通过弧形导轨(33)在垫块(34)上做滑动运动，以实现仰俯驱动件(32)带动第二层板(21)做仰俯运动。

2.根据权利要求1所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述定位件(12)包括安装基板(121)和带肋钢板(122)；安装基板(121)的一端通过带肋钢板(122)与第一层板(11)连接，安装基板(121)的另一端用于卡设光学元件(4)，光学元件(4)的上下端卡设在安装基板(121)的下表面和第一层板(11)的上表面之间。

3.根据权利要求2所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述定位件(12)还包括聚四氟乙烯镶块(123)，聚四氟乙烯镶块(123)通过螺栓固定在安装基板(121)的另一端；光学元件(4)顶部开设有定位槽(124)，所述定位槽(124)用于嵌入聚四氟乙烯镶块(123)；所述第一层板(11)上设有与光学元件(4)底边适配的卡槽(125)。

4.根据权利要求1所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述第一层板(11)相对第二层板(21)的平偏摆运动是以光学元件(4)前表面的竖直中心线为旋转轴。

5.根据权利要求1所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述垫块(34)上设有圆柱滚子轴承(35)，弧形导轨(33)与圆柱滚子轴承(35)滚动接触。

6.根据权利要求1所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述第二层板(21)朝向第三层板(31)的板面上、且分别位于弧形导轨(33)延伸方向的两端均设有限位块(36)，所述限位块(36)与设于第三层板(31)上的限位卡槽适配起到限制第二层板(21)仰俯角度的作用。

7.根据权利要求1所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述偏转驱动件(22)和仰俯驱动件(32)均采用直线运动驱动器。

8.根据权利要求7所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述第二层板(21)上，以回转轴承(23)为基点对称分布设置偏转驱动件(22)，回转轴承(23)两侧的偏转驱动件(22)分别同步做推出或回拉动作以带动第一层板(11)做偏转运动。

9.根据权利要求7所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述直线运动驱动器包括伺服电机组件(51)、联轴器(52)、螺母(53)、丝杆(54)、螺母座(55)、直线导轨(56)和底座(57)；所述伺服电机组件(51)经减速器减速后通过联轴器(52)驱动丝杆(54)旋转，螺母(53)在丝杆(54)带动下带动螺母座(55)在直线导轨(56)上做直线运动；

螺母(53)自由端通过球铰结构与第一层板(11)或第二层板(21)铰接连接，球铰结构的球座部与第一层板(11)或第二层板(21)连接，球铰结构的球头部(58)与螺母(53)自由端连接，螺母(53)带动球头部(58)直线运动，最终转化为光学元件(4)的偏转运动或仰俯运动。

10.根据权利要求9所述的用于大口径光学元件的镜架调整结构，其特征在于，所述第三层板(31)上，以光学元件(4)前表面的竖直中心线为基准线对称分布设置仰俯驱动件(32)，且位于基准线任意一侧的仰俯驱动件(32)与第二层板(21)连接的球铰结构均位于相邻两个弧形导轨(33)之间。

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