CN211123443U - 一种双光路调整装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双光路调整装置，包括依次枢接的安装座，调整板和支架，棱镜容于支架与调整板之间连通入光通道的空腔中，并与支架之间形成纵向滑动配合，调整板通过Rx轴向驱动机构实现其相对于安装座的旋转调整，并通过X轴向锁紧机构实现与安装座的预紧及固定，支架通过Rz轴向驱动机构实现其相对于调整板的旋转调整，并通过Z轴向锁紧机构实现与调整板的固定，棱镜通过Y轴向驱动机构实现其相对于支架的上下位置调整、预紧及固定。本实用新型结构布局紧凑，调整方便，能够实现双光路多自由度的解耦调整，并实现光学元件高精度的定位，同时还可以实现光路装配中的误差补偿，达到光学对准测量等目的。

Description

一种双光路调整装置

技术领域

本实用新型涉及光学检测及测量技术领域，更具体地，涉及一种双光路多自由度调整装置。

背景技术

在光学检测及测量领域中，因空间或者结构功能需要，往往需要对成像光路进行折转或者分光设计，并采用棱镜或者反射镜等光学元件实现光束的折转和分束。因光机结构零件的加工制造或者装配存在一定误差，对于高精度的成像需求，常常需要对光路中部分元件进行姿态的调整。

在现有调整技术中，一种典型的折转棱镜调整方式是通过在棱镜的安装面处设置三组螺钉，呈圆周分布或者直角分布，并增加弹簧提供预紧力，通过调整螺钉实现光路中棱镜倾斜姿态的调整。该方案存在的问题是调整过程中各自由度无法解耦，单一自由度的调整往往会引起其它自由度的改变，而且也无法改变调整中心点的位置，同时调整后固定锁紧容易引起前述调整姿态的改变。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种双光路调整装置，以实现多自由度姿态解耦调整，并能够稳定维持调整后的姿态，调整装置结构紧凑，调整方法简单。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种双光路调整装置，依次包括：固设的安装座，沿Rx轴向与所述安装座枢接的调整板，沿Rz轴向与所述调整板枢接的支架；所述支架与所述调整板之间具有空腔，棱镜容于所述空腔中，并与所述支架之间形成纵向滑动配合；所述安装座和调整板分设有沿X轴向连通所述空腔的入光通道，所述空腔的上下两侧具有出光通道；其中

所述调整板通过Rx轴向驱动机构实现其相对于所述安装座的旋转调整，并通过X轴向锁紧机构实现与所述安装座的预紧及固定；

所述支架通过Rz轴向驱动机构实现其相对于所述调整板的旋转调整，并通过Z轴向锁紧机构实现与所述调整板的固定；

所述棱镜通过Y轴向驱动机构实现其相对于所述支架的上下位置调整、预紧及固定。

进一步地，所述调整板相对所述安装座的一侧面上设有圆形沉孔，所述安装座相对所述调整板的一侧面上设有与所述沉孔相转动配合的凸台孔，所述入光通道容于所述凸台孔内，所述调整板与安装座之间通过所述沉孔与凸台孔的配合，实现相枢接以及Rx轴向的定心和旋转。

进一步地，所述Rx轴向驱动机构包括Rx轴向驱动螺杆，螺杆支撑座，旋转连接件，拉伸弹簧，以及两个弹簧挂件；其中，所述旋转连接件与所述调整板的边部固定连接，并避让所述安装座，所述螺杆支撑座与所述安装座固定连接，所述Rx轴向驱动螺杆穿过所述螺杆支撑座形成螺纹配合，并通过其头部沿所述调整板的旋转周向抵触所述旋转连接件，两个所述弹簧挂件分设于所述旋转连接件和所述安装座上，所述拉伸弹簧的两端通过挂钩与两个所述弹簧挂件分别连接。

进一步地，所述X轴向锁紧机构包括螺钉和压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于所述螺钉上，所述螺钉通过设于所述调整板上的避让孔螺接所述安装座。

进一步地，所述支架上沿X轴向设有圆弧槽，所述调整板上设有与所述圆弧槽相转动配合的圆弧凸台，所述圆弧槽的圆弧角小于所述圆弧凸台的圆弧角，所述支架与调整板之间通过所述圆弧槽与圆弧凸台的配合，实现相枢接以及Rz轴向的定心和旋转；其中，所述圆弧槽和所述圆弧凸台的圆弧半径相等，通过轴孔配合，圆弧的圆心位置根据棱镜面的定位要求设置，并与棱镜的反射面重合或设置一定间距，圆弧的半径大小根据棱镜尺寸和棱镜的安装尺寸决定，实现棱镜姿态的解耦调整。

进一步地，所述Rz轴向驱动机构包括分别位于所述圆弧槽上下方的Rz轴向驱动螺杆和弹性回复件，所述Rz轴向驱动螺杆穿过所述支架形成螺纹配合，并通过其头部抵触所述调整板，所述弹性回复件包括销钉和回复弹簧，所述回复弹簧套设于所述销钉上，所述销钉的头部穿过所述支架上的过孔固接所述调整板。

进一步地，所述Z轴向锁紧机构包括连接板，所述连接板通过紧固件与所述调整板和所述支架同时固定。

进一步地，所述支架相对所述调整板的一侧上设有纵向卡槽，所述棱镜滑动卡设于所述卡槽中，实现在Y轴向上的上下移动。

进一步地，所述Y轴向驱动机构包括设于所述棱镜上下方的一对弹性柱塞，两个所述弹性柱塞以一定预压力同时抵触所述棱镜。

进一步地，所述支架上面对所述入光通道设有校准观测孔，所述校准观测孔连通所述空腔。

本实用新型采用多层调整结构，独立调整光学元件的各自由度，实现元件在Rx、Rz和Y轴向三个方向上的精密调整；本实用新型结构布局紧凑，调整方便，能够实现双光路多自由度的解耦调整，并实现光学元件高精度的定位，同时还可以实现光路装配中的误差补偿，达到光学对准测量等目的。

附图说明

图1是调整元件光路示意图。

图2是调整元件自由度示意图。

图3-图5是本实用新型一较佳实施例的一种双光路调整装置结构示意图。

图6-图7是图3-图5中调整板结构示意图。

图8是图3中X轴向锁紧机构结构示意图。

具体实施方式

如图1中的左图和右图所示，直角棱镜和分束棱镜等光学元件均可以承担双光路的折转功能。其中光路Ⅰ和光路Ⅱ的传播路径受到光路中光学元件加工和装配的影响。针对光路的姿态调整，一般需要进行三个自由度的调整，即直角坐标系中在Rx(绕X轴)、Rz(绕Z轴)和Y轴向上的旋转及位移调整。

如图2中的左图和右图所示，通过对棱镜元件在Rx、Rz和Y向上进行调整，可以实现两条光路Ⅰ和Ⅱ在X、Z向平面内的同轴，及满足光轴的平移和倾斜指标。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本实用新型的实施方式时，为了清楚地表示本实用新型的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本实用新型的限定来加以理解。

在以下本实用新型的具体实施方式中，请参考图3-图5，图3-图5是本实用新型一较佳实施例的一种双光路调整装置结构示意图。如图3-图5所示，以针对直角棱镜组件的调整为例，本实用新型的一种双光路调整装置，包括依次枢接的安装座1，调整板2和支架9。其中，安装座1固定设置；安装座1作为整个组件的支撑。调整板2沿Rx轴向与安装座1转动配合并在调整后相固定；支架9沿Rz轴向与调整板2转动配合并在调整后相固定。

支架9可采用开口框形，从而在支架9与调整板2之间形成一个空腔；棱镜8设置且容纳在空腔中，并与支架9之间形成纵向滑动配合。

安装座1和调整板2分别设有沿X轴向连通空腔的入光通道；空腔的上下两侧则具有出光通道。光线20和30由入光通道进行，经棱镜8折射后从出光通道出射。

其中，调整板2可通过Rx轴向驱动机构实现其相对于安装座1的旋转调整，并通过X轴向锁紧机构实现与安装座1的预紧及固定。支架9可通过Rz轴向驱动机构实现其相对于调整板2的旋转调整，并通过Z轴向锁紧机构实现与调整板2的固定。棱镜8可通过Y轴向驱动机构实现其相对于支架9的上下位置调整、预紧及固定。

请参考图6并结合参考图3-图5。调整板2和安装座1通过圆孔进行配合。调整板2相对安装座1的一个侧面上设有圆形沉孔202；对应地，安装座1相对调整板2的一个侧面上设有与沉孔202相转动配合的凸台孔。调整板2上开设的例如矩形孔203定义了入光通道的边界，且矩形孔203容于凸台孔内，即入光通道容于凸台孔内。这样，调整板2与安装座1之间通过沉孔202与凸台孔的配合，即可实现调整板2与安装座1之间的转动枢接，并可实现调整板2相对于安装座1的Rx轴向的定心和旋转。

被调整元件为直角棱镜8。该直角棱镜8有两个直角反射面，实现两条光路90°转折。

请参考图4。Rx轴向驱动机构例如可设置在图示安装座1相对调整板2的背侧的右侧。本实用新型不限于此。Rx轴向驱动机构可包括Rx轴向驱动螺杆15，螺杆支撑座14，旋转连接件4，拉伸弹簧13，以及两个弹簧挂件12和16。其中，旋转连接件4可采用一个L形结构，其L形一条边的端部可穿过安装座1边部的避让槽抵触调整板2的边部，并可通过穿设在其L形另一条边上的紧固螺钉与调整板2的边部固定连接；其L形另一条边上还装有两个弹簧挂件12和16中例如位于上方的其中一个弹簧挂件12。

螺杆支撑座14可通过紧固螺钉与安装座1固定连接；Rx轴向驱动螺杆15可从下方穿过螺杆支撑座14，与螺杆支撑座14形成螺纹配合。Rx轴向驱动螺杆15的头部可沿调整板2的旋转周向抵触旋转连接件4，图示为从下方抵触在旋转连接件4上。

两个弹簧挂件12和16中位于下方的其中一个弹簧挂件16安装在安装座1上；拉伸弹簧13的两端设有挂钩，拉伸弹簧13可通过挂钩与两个弹簧挂件12和16分别连接(图示拉伸弹簧13下端的挂钩处于脱钩状态)。拉伸弹簧13及弹簧挂件组件可以沿安装座1的圆周布置多组。

请参考图8。X轴向锁紧机构3可包括螺钉104、压缩弹簧102、套筒101和垫片103。其中，压缩弹簧102套设于螺钉104上，压缩弹簧102还容于套筒101中。垫片103套在压缩弹簧102自由端处的螺钉104上。如图6所示，调整板2上加工有避让孔，螺钉104可按照图3显示方式，穿过避让孔与安装座1螺纹连接。连接时，压缩弹簧102、套筒101和垫片103都位于调整板2相对安装座1的外侧方位。其中，垫片103用于增大压缩弹簧102的接触面积；套筒101为不固定设置，其主要功能是固定压缩弹簧102，并给调整板2施加预紧力，保证Rx向调整过程中安装座1和调整板2始终是贴合的。

在调整Rx过程中，先松开X轴向锁紧机构3的螺钉104，并通过压缩弹簧102提供预紧力；然后，通过转动Rx轴向驱动机构的Rx轴向驱动螺杆15，使旋转连接件4受力带动调整板2相对于安装座1旋转，其旋转中心为调整板2的圆形沉孔202和安装座1的凸台孔的配合中心；在完成调整后，锁紧螺钉104，并通过套筒101固定在调整板2上，实现安装座1和调整板2的紧固。调整板2上的腰形避让孔设计足够尺寸，作为螺钉104的避让空间。

请参考图5和图7。支架9上沿X轴向设有圆弧槽902，例如，圆弧槽902可加工在支架9框形的一个或两个侧边上。对应地，调整板2上设有与圆弧槽902相转动配合的圆弧凸台201，例如，圆弧凸台201可加工在调整板2上的矩形孔203的一侧或两侧。当圆弧凸台201和圆弧槽902布置两组时，可保证圆弧中心同轴。两圆弧凸台201的中为避让光路通过的空间。其中，圆弧槽902的圆弧角小于圆弧凸台201的圆弧角，以便在配合时使支架9与调整板2之间留有一定间距，如图5所示。这样，支架9与调整板2之间通过圆弧槽902与圆弧凸台201的配合，即可起到支撑和提供旋转中心的目的，并实现支架9与调整板2之间相枢接，以及Rz轴向的定心和旋转。其中，圆弧槽902和圆弧凸台201的圆弧半径相等，通过轴孔配合，圆弧的圆心位置根据棱镜面的定位要求设置，并与棱镜8的反射面重合或设置一定间距，圆弧的半径大小根据棱镜尺寸和棱镜的安装尺寸决定，实现棱镜姿态的解耦调整。

请参考图5和图3。Rz轴向驱动机构可包括分别位于圆弧槽902上下方的Rz轴向驱动螺杆6和弹性回复件11。其中，Rz轴向驱动螺杆6穿过支架9，与支架9形成螺纹配合，并通过Rz轴向驱动螺杆6的头部抵触调整板2。弹性回复件11可包括销钉和回复弹簧；回复弹簧套设于销钉上，销钉的头部穿过支架9上的过孔与调整板2固定连接。

Rz调整过程中，如图3所示，由Rz轴向驱动螺杆6提供驱动力，由弹性回复件11提供回复力，圆弧凸台201和圆弧槽902提供支撑和定心功能。在调整完成后，通过连接板5进行锁紧固定，因锁紧力的方向和调整力的方向相垂向，保证了锁紧过程中不影响棱镜8的姿态。其中连接板5至少包含一组，也可在对称的位置再布置一组连接板5进行对称锁紧。

Rz调整可通过两对配合的圆弧凸台面定心，并根据元件调整中心的不同，设置不同的圆弧半径，实现倾斜调整。

请参考图3并结合参考图5和图7。Z轴向锁紧机构包括连接板5；连接板5可通过例如位于左侧的两个上下设置的紧固螺钉与调整板2上的圆弧凸台201固定；同时，连接板5还可通过例如位于由侧的两个水平设置的紧固螺钉10与支架9的框形侧边固定。

支架9相对调整板2的一个侧面上可设有纵向卡槽，棱镜8可滑动卡设于卡槽中，从而实现棱镜8在Y轴向上相对支架9进行上下滑动。

请参考图5和图3。直角棱镜8通过Y轴向驱动机构7实现在支架9上的预紧及固定。Y轴向驱动机构7可包括设于棱镜8上下方的一对弹性柱塞，两个弹性柱塞可以一定预压力同时抵触棱镜8，实现棱镜8的预紧，并通过正反调整两个弹性柱塞的行程，来调节棱镜8在卡槽上的上下滑动位置，实现棱镜8在Y向的移动，进而改变上下光路在X方向上的位移。

以上调整为了实现连续和精细调整，均提供弹性预紧机构，在调整完成后通过锁紧机构固定调整姿态。其中调整驱动元件不限于精密螺杆，也可采用千分尺或电动驱动装置。

以上各调整结构均可独立调整光路，实现调整的解耦，方便校准装配，同时紧固调整后的姿态，维持光路系统的稳定性。整个调整布局紧凑，节省光路空间，可应用于紧凑结构设计中。

支架9上还可设有校准观测孔901，校准观测孔901设置在支架9框形的底面上，即面对入光通道设置。校准观测孔901连通空腔。

综上，本实用新型采用多层调整结构，独立调整光学元件的各自由度，实现元件在Rx、Rz和Y轴向三个方向上的精密调整；本实用新型结构布局紧凑，调整方便，能够实现双光路多自由度的解耦调整，并实现光学元件高精度的定位，同时还可以实现光路装配中的误差补偿，达到光学对准测量等目的。

以上的仅为本实用新型的优选实施例，实施例并非用以限制本实用新型的保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双光路调整装置，其特征在于，依次包括：固设的安装座，沿Rx轴向与所述安装座枢接的调整板，沿Rz轴向与所述调整板枢接的支架；所述支架与所述调整板之间具有空腔，棱镜容于所述空腔中，并与所述支架之间形成纵向滑动配合；所述安装座和调整板分设有沿X轴向连通所述空腔的入光通道，所述空腔的上下两侧具有出光通道；其中

所述调整板通过Rx轴向驱动机构实现其相对于所述安装座的旋转调整，并通过X轴向锁紧机构实现与所述安装座的预紧及固定；

所述支架通过Rz轴向驱动机构实现其相对于所述调整板的旋转调整，并通过Z轴向锁紧机构实现与所述调整板的固定；

所述棱镜通过Y轴向驱动机构实现其相对于所述支架的上下位置调整、预紧及固定。

2.根据权利要求1所述的双光路调整装置，其特征在于，所述调整板相对所述安装座的一侧面上设有圆形沉孔，所述安装座相对所述调整板的一侧面上设有与所述沉孔相转动配合的凸台孔，所述入光通道容于所述凸台孔内，所述调整板与安装座之间通过所述沉孔与凸台孔的配合，实现相枢接以及Rx轴向的定心和旋转。

3.根据权利要求1或2所述的双光路调整装置，其特征在于，所述Rx轴向驱动机构包括Rx轴向驱动螺杆，螺杆支撑座，旋转连接件，拉伸弹簧，以及两个弹簧挂件；其中，所述旋转连接件与所述调整板的边部固定连接，并避让所述安装座，所述螺杆支撑座与所述安装座固定连接，所述Rx轴向驱动螺杆穿过所述螺杆支撑座形成螺纹配合，并通过其头部沿所述调整板的旋转周向抵触所述旋转连接件，两个所述弹簧挂件分设于所述旋转连接件和所述安装座上，所述拉伸弹簧的两端通过挂钩与两个所述弹簧挂件分别连接。

4.根据权利要求1或2所述的双光路调整装置，其特征在于，所述X轴向锁紧机构包括螺钉和压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于所述螺钉上，所述螺钉通过设于所述调整板上的避让孔螺接所述安装座。

5.根据权利要求1所述的双光路调整装置，其特征在于，所述支架上沿X轴向设有圆弧槽，所述调整板上设有与所述圆弧槽相转动配合的圆弧凸台，所述圆弧槽的圆弧角小于所述圆弧凸台的圆弧角，所述支架与调整板之间通过所述圆弧槽与圆弧凸台的配合，实现相枢接以及Rz轴向的定心和旋转；其中，所述圆弧槽和所述圆弧凸台的圆弧半径相等，通过轴孔配合，圆弧的圆心位置根据棱镜面的定位要求设置，并与棱镜的反射面重合或设置一定间距，圆弧的半径大小根据棱镜尺寸和棱镜的安装尺寸决定，实现棱镜姿态的解耦调整。

6.根据权利要求5所述的双光路调整装置，其特征在于，所述Rz轴向驱动机构包括分别位于所述圆弧槽上下方的Rz轴向驱动螺杆和弹性回复件，所述Rz轴向驱动螺杆穿过所述支架形成螺纹配合，并通过其头部抵触所述调整板，所述弹性回复件包括销钉和回复弹簧，所述回复弹簧套设于所述销钉上，所述销钉的头部穿过所述支架上的过孔固接所述调整板。

7.根据权利要求1或5所述的双光路调整装置，其特征在于，所述Z轴向锁紧机构包括连接板，所述连接板通过紧固件与所述调整板和所述支架同时固定。

8.根据权利要求1所述的双光路调整装置，其特征在于，所述支架相对所述调整板的一侧上设有纵向卡槽，所述棱镜滑动卡设于所述卡槽中，实现在Y轴向上的上下移动。

9.根据权利要求1或8所述的双光路调整装置，其特征在于，所述Y轴向驱动机构包括设于所述棱镜上下方的一对弹性柱塞，两个所述弹性柱塞以一定预压力同时抵触所述棱镜。

10.根据权利要求1或8所述的双光路调整装置，其特征在于，所述支架上面对所述入光通道设有校准观测孔，所述校准观测孔连通所述空腔。

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