Устройство для юстировки оптических элементов

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить точность юстировки В корпусе 1 соосно установлен держатель 3 оптического элемента 11 с возможностью взаимодействия внутренней цилиндри - ческой поверхности 27 корпуса I с наружной цилиндрической поверхностью 38 держателя 3, образующих кинематическую пару вращения Торцовая поверхность 39 держателя 3, вьшолненного в виде ступенчатой гильзы в пазу 44 которой размещен регулировочный механизм 10, скошена под углом 45° к его оси В осевом направлении корпус 1 взаимодействует с держателем 3 через компенсирующее кольцо 2 о Дополнительное регулировочное устр-во 12 осуществляет разворот оптического злемента I1 вокруг оси Х-Х„ Поворот диф. винта устр-ва 12 вызьшает перемещение его толкателя, взаимодействующего с поворотным пальцем $ результате происходит разворот фланца 41 держателя 3 относительно фланца 25 корпуса I Взаимодействующие поверхности толкаскошены под и дифо винта эксцентричны между собой,. 2 . ф-лы, 9 ил о теля и поворотного пальца углом 45 . Оси поворотного пальца (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

< !> 4 G 02 B 7/00, 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4032177/24-10 (22) 06,03,86 (46) 07.03.88. Бюл. У 9 (72) В.Д.Романенко (53) 681.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1099304, кл. G 02 В 7/18, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить точность юстировки. В корпусе

1 соосно установлен держатель 3 оптического элемента 11 с воэможностью взаимодействия внутренней цилиндри— ческой поверхности 27 корпуса 1 с наружной цилиндрической поверхностью

38 держателя 3, образующих кинематическую пару вращения. Торцовая поверх„„SU„„1379759 А 1 ность 39 держателя 3, выполненного в виде ступенчатой гильзы в пазу 44 которой размещен регулировочный механизм

10, скошена под углом 45 к его оси.

В осевом направлении корпус l взаимодействует с держателем 3 через компенсирующее кольцо 2. Дополнительное регулировочное устр-во 12 осуществляет разворот оптического элемента 11 вокруг оси Х-Х. Поворот диф. винта устр-ва 12 вызывает перемещение его толкателя, взаимодействующего с поворотным пальцем. ф результате происходит разворот фланца 41 держателя 3 относительно фланца 25 корпуса I.

Взаимодействующие поверхности толкателя и поворотного пальца скошены под углом 45 . Оси поворотного пальца и о днф. винта эксцентричны между собой„

2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1 1379759 2

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к устройствам юстировки оптикомеханических приборов.

Цель изобретения — повьппение точ5 ности юстировки оптических элементов.

Ца фиг,1 представлено устройство, об1пий вид; на фиг.2 — вид Л на фиг„1; на фиг.3 — дополнительное регулировоч-10 ное устройство, разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — держатель с оптическим элементом и регулировочным устройством, общий вид; на фиг.5 — разрез

В-В на фиг.4, на фиг.6 - вариант

15 держателя с оптическим элементом и регулировочным устройством, общий вид; на фиг. 7 — сечение Г-Г на фиг. 61 на фиг,8схема определения габаритов оптического элемента; на фиг.9 — схема расположения звеньев устройстве.

Устройство для юстировки оптических элементов содержит (фиг.1,4) цилиндрический корпус 1, компенсирующее кольцо 2, держатель 3, кольцо 4, 25 шайбы 5, винты 6, кольцо 7, шайбы 8, винты 9, регулировочное устройство

10, оптический элемент 11 и дополнительное регулировочное устройство 12

{фиг.3), которое содержит регулиро- 30 вочный винт 13 (дифференциальный), толкатель 14, поворотный палец 15, стоики 16 и пружину 17. Регулировочное устройство 10 (фиг.4) содержит регулировочный винт 18 (дифференциальный), вкладыши 19 и 20, шайбы 21, примну 22, стопорньп винт 23„ Корпус

1 (фиг.1,2) выполнен в виде пустотелого цилиндра с опорным фланцем 24 на одном из концов, фланцем 25 с торцо- 40 выми бобьппками 26 на другом конце, с внутренней цилиндрической поверхностью 27 и отверстием 28 в боковой стенке (поверхности).

Опорный фланец 24 выполнен с опорной торцовой поверхностью 29, перпендикулярной оси корпуса, и отверстиями 30, диаметр которых превышает диаметр резьбы винтов 9, Фланец 25 выполнен с отверстием 31 (фиг.1,3), поверхность которого образует цилиндрическую кинематическую пару с поверхностью цапфы 32 поворотного пальца 15, с отверстием 33 для неподвижной установки стойки 16, а бобьппки 26 выполнены с резьбовыми отверстиями 34, со55 пряженными с винтами 6.

Держатель 3 (фиг.4) выполнен в виде тонкостенной ступенчатой гильзы с соосными внутренними цилиндрическими поверхностями 35 и 36 с соосными наружными цилиндрическими Il(>Bp.рхностя— ми 37 и 38, со скошенной под углом

45 к оси торцовой поверхностью 39 и вырезом 40 «а ней на одном из концов гильзы и фланцем 41 — на другом конце, с двумя парами соосных цилиндрических поверхностей 42 и 43 с пазом 44 и дополнительными (фиг.5) внутренними цилиндрическими поверхностями 45. Пара соосных цилиндрических поверхностей 43 представляет собой пару отверстий в боковой поверхности гильзы, Пара соосных цилиндрических поверхностей 42 представляет собой пару углублений в торцовой поверхности 39. Паз 44 соединяющий поверхности 43, расположен в радиальной плоскости гильзы. Вырез 40 образован парой пересекающихся плоскостей 46 и

47, одна из которых 46 расположена за пределами гибких перемычек в плоскости, параллельной плоскости, в которой лежат ось перегиба и ось держателя, а другая плоскость 47 перпендикулярна оси держателя и расположена в неподвижной секции.

Внутренняя цилиндрическая поверхность 35 отделена от дополнительных цилиндрических поверхностей 45 линиями 48 перехода, расположенными за пределами гибких перемычек. Фланец

41 выполнен с опорной торцовой поверхностью 49, дугообразными пазами 50 (фиr.1),резьбовым отверстием 51 (фиг,3) и отверстием 33.

Оптический элемент 11 (фиг.4) выполнен с образующей цилиндрической поверхностью 52 и со скошенными под углом 45 торцовыми поверхностями 53 о и 54. Толкатель 14 (фиг.3) выполнен с резьбовым отверстием 55 и со скошенной под углом 45 торцовой поверхностью 56, а поворотный палец 15 выполнен со скошенной под углом 45 торцовой поверхностью 57. Вкладыш 19 выполнен (фиг.4) с наружной цилиндрической поверхностью 58, резьбовыми отверстиями 59 и 60 и пазом 61, а вкладыш 20 — с наружной цилиндрической поверхностью 62 и резьбовым отверстием 63. Осью Х-Х обозначена (фиг.1,4) продольная ось устройства в целом, геометрическая ось деталей

11,3,1,2,4 и 7, ось падающего (или отраженного) светового пучка, расположенная под углом 45 к торцовой

1379759

20 поверхности 53 оптического элемента

I l.

Плоскостью К-К обозначена торцовая поверхность 53 оптического элемента 11, а также плоскость, в которой расположена ось перегиба гибких перемычек 64, разделяющих держатель

3 на неподвижную 65 и подвижную 66 секции. Точкой а обозначена ось пере- 10 гиба гибких перемычек 64, точкой в-ось соосной пары цилиндрических поверхностей 43, точкой с — ось соосной пары цилиндрических поверхностей 42.

Оси в, с поверхностей 43 и 42 расположены в плоскости L - -L, перпендикулярной плоскости К-К по обе стороны от нее, параллельны между собой и параллельны оси а. Ось а совпадает с осью Y-Y (фиг,2) и пересекает оси

Х-Х и Z-7. в одной точке. При равенстве диаметров цилиндрических поверхностей 43 и 42 оси в и с расположены на одинаковых расстояниях от оси а.

Описанная перемычка, образованная поверхностями 42,37,43 и 45, обеспечивает равенство моментов сопротивления при разноименных направлениях перегиба.

Перемычка может быть образована поверхностями 39, 37, 43 и 45, т.е. без цилиндрических поверхностей 42 в торцовой поверхности 39. Диаметры поверхнос.тей 43 и 42 могут быть не равны друг другу, оптический элемент

11 установлен своей образующей цилиндрической поверхностью 52 соосно с осью падающего (или отраженного) светового пучка и неподвижно закреплен на внутренней цилиндрической поверхности 35 подвижной секции 66 держателя 3. Поверхности 35 и 52 выполнены одного диаметра, На поверхности

35 для улучшения условий склеивания деталей 3 и 11 выполнены кольцевые или винтовые канавки, шаг которых превышает их ширину. Поверхность 45 выполнена большего диаметра, чем поверхность 35. Таким образом, оптический элемент 11 закреплен к держателю

3 только частью поверхности 52, что не препятствует возможности разворота подвижной секции 66 относительно неподвижной секции 65, а остальная часть оптического элемента висит консольно внутри держателя 3 в его н 55 неподвижной секции.

При закреплении оптического элемента 11 обеспечивается совпадение его торцовой поверхности 53 с или<в костью К-К, т.е. ось перегиба а гибких перемычек 64 лежит в плоскос.тц, прилегающей к торцовой поверхности

53. Торцовая поверхность 39 держателя

3 выступает над поверхностью 53 оптического элемента 11, тем самым предохраняя его от механических повреждений. Па торцовой поверхности 39 ниже оси Х-Х (фиг.4) за пределами гибких перемычек 64 выполнен вырез

40, обеспечивающий возможность доступа к поверхности 52 оптического элемента 11 в процессе его установки,, клейки, сушки. Диаметр поверхности

36 выполнен больше диаметра поверхности 35 на величину, обеспечивающую возможность свободного разворота консольной части оптического элемента на требуемый угол вокруг оси а. D . Вкладыш 19 неподвижно закреплен в неподвижной секции 65 держателя 3, а вкладыш 20 — в подвижной секции 66 держателя 3, при этом диаметр поверхности

58 выполнен равным диаметру поверхности 36, а диаметр поверхности 62 диаметру поверхности 35.

Вкладыши 19 и 20 соединены друг с другом посредством дифференциального регулировочного винта 18, взаимодействующего с соосными резьбовыми отверстиями 59 и 63. Пружина 22 охватывает часть винта 18 и опирается своими концами на шайбы 21, одна из которых установлена неподвижно в осевом направлении на указанном винте, в листе стыка его реэьбовых частей.

Вкладыш 19 выполнен с дополнительным резьбовым отверстием 60, ось которого параллельна оси отверстия 59, н с пазом 61, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси отверстий 59 и

60 и прорезающим отверстие 59 не менее, чем на половину диаметра. В отверстии 60 установлен стопорный винт

23. Таким образом, держатель 3 охватывает оптический элемент 11, а регулировочное устройство 10 расположено внутри держателя. Корпус I охватывает держатель 3 и установлен с воэможностью взаимодействия поверхностей

27 и 28, образующих цилиндрическую кинематическую пару вращения. В осевом направлении корпус 1 установлен с возможностью взаимодействия с держателем 3 через компенсирующее кольцо, 2 расположенное между поверхностью 49 и торцовыми бобышками 26.

1379759

В кольцах 2 и 4 выполнены отверстия под винты 6. Возможность разворота держателя относительно корпуса 1 обеспечивается выполнением во фланце

41 держателя 3 дугообразных пазов

50, диаметр осевой линии которых выполнен равным диаметру, на котором расположены винты 6. Отверстие 28 предназначено для прохода отраженного !О (или подающего) светового пучка. Кроме того, корпус 1 связан с держателем

3 посредством дополнительного регулироночного устройства 12, выполненного в виде пружины 17 (концы которой закреплены на стойках !6, неподвижно закрепленных в отверстиях 33 фланцен

4l и 25 соответственно деталей 3 и 1), дифференциального регулировочного винта 13, установленного с возможностью взаимодействия с реУьбовым отверстием 5! фланца 41 и резьбоным отвертием 55 толкателя 14, в свою очередь установленного с возможностью взаимодействия своей торцовой понерх- 25 постыл 56 с торцовой понерхностью

57 поворотного пальца 15, Понерхности

56 и 57 образуют плоскостную кинематическую пару трения скольжения, а поверхность отверстия 31 корпуса 1 совместно. с поверхностью цапфы 32 поворотного пальца 15 — цилиндрическт» кинематическую пару вращения, При этом оси отверстий 31 и 51 расположены на одном и том же диаметре

35 отnoñèòåëbnî центра, лежащего нн оси

Х-Х, и смещены друг относительно друга н направлении, обратном направлению действия усилия пружины 17 °

Указанное устройство наиболее ра- 40 ционально испольэовать для параллельного снетбного пучка. На фиг. 6 и 7 изображен вариант держателя с оптическим элементом и регулирвочным устройством, который наиболее рационально использовать для непараллельного (расходящегося или сходящегося) светового пучка. Основным отличием держателя 67 от держателя 3 является несовпадение осей Х-Х и P-P на величину, обеспечивающую наилучшее ис50 пользование площади поверхности 53 оптического элемента ll, и обеспечение возможности разнорота держателя вокруг оси Х-Х, смещенной относительно оси P-P. На фиг.8 показана схема размещения устройства относительно оси светового пучка с углом расходимости с! и определения габаритов оптического элемента. Отрезком m изображены отражающая поверхность 53 оптического элемента или ее след в перпепдикулярной плоскости. Диаметр оптического элемента ll выбирают из условия заданных размеров 1, а смещение h — из условия равенства размерон f, Р-Р— ось оптического элемента, Х-Х вЂ” ось разворота оптического элемента в устройстве.

Держатель 67 выполнен в виде ступенчатой гильзы с отверстием 68 и дугообразными пазами 69 в доньппке 70, а также с пазами 71 в боковой поверхности 72 неподвижной секции. Центр отверстия 68 и центр осевой линии пазов 69 расположены на оси X-Х эксцентрично относительно оси P-P (оси оптического элемента 11 и держателя 67).

Пазы 71 предназначены для ввода и завинчинания винтов 73. Регулировочное устройство содержит регулироночный дифференциальный винт 74, два резьбоных вкладьппа 75 и две пружины 76.

Регулировочный винт 74 выполнен с диском 77 в средней его части, установленным в пазу 44 держателя и выступающим над наружной цилиндрической поверхностью 78. Регулироночный винт

74 установлен с возможностью взаимодействия с соосными резьбовыми отверстиями 79 вкладышей 75. Резьбовые отверстия 79 разнесены на максимально возможное расстояние друг от друга. Пружины 76, установленные с возможностью взаимодействия с диском 77 и соответствующим вкладышем 75, могут отличаться друг от друга направлением навивки ° Таким образом, держатель 67 включает неподвижную 80 и подвижную 81 секции, соединенные друг с другом гибкими перемычками 82, Устройство обеспечивает возможность юстировки оптического элемента. в направлении оси X-X за счет доработки компенсирующего кольца 2; в направлении осей Y Y и 2-2 за счет зазоров между поверхностями отверстий

30 и поверхностями винтов 9; пространственный разворот вокруг точки пересечения осей Х-Х и а за счет разворота подвижной секции 66 (81) держателя

3 (67) относительно неподнижной секции 65 (80) вокруг оси а посредством регулировочного устройства 10 и за счет разворота держателя 3 относительно корпуса 1 вокруг оси Х-Х посредством регулировочного устройства 12.

1379759

Устройство работает следующим образом.

При повороте дифференционального регулировочного винта 18 в одну или другую сторону изменяется расстояние между вкладышами 19 и 20, что приводит к развороту подвижной секции бб относительно неподвижной секции 65 держателя 3 вокруг оси перегиба а 10 гибких перемычек 64, т.е. к развороту оптического элемента ll вокруг оси перегиба а. Пружина 22 обеспечивает выбор люфта в резьбовом соединении деталей 18 и 20. Длина реэьбового15 отверстия 63 вкладыша 20 выполнена меньшей, чем диаметр резьбы соответствующей части винта 18. Регулировочное устройство 10 обеспечивает диапазон разворота оптического элемента ll 20 в пределах нескольких единиц градусов. При разности шагов реэьб винта

18, равной 0,1 мм, поворот его на угол, равный нескольким десяткам градусов, обеспечивает поворот оптического элемента на угол, равный нескольким десяткам секунд.

При затягивании стопорного винта

23 уменьшается ширина паза 61 чем

30 обеспечивается выбор осевого люфта резьбового соединения деталей 18 и

19, а при дальнейшем затягивании винта 23 — создание натяга, т.е. стопорение резьбового соединения деталей

18 и 19. Поворот винта 18 приводит к нарушению соосности резьбовых отверстий 59 и 63, т.е. центр отверстия

63, лежащий на торце вкладыша 20, со стороны винта 18 перемещается по ду- 40

re, центр которой лежит на оси а, т.е. поднимается или опускается (фиг.4) относительно оси отверстия

59, а торец вкладыша 20 перекашив тся относительно плоскости, перпенди45 кулярной оси винта 18, или, что то же самое, относительно оси отверстия

59 вкладыша 19. Однако при диапазоне разворота оптического элемента в пределах нескольких единиц градусов, например +2, от исходного положения перекос части винта 18 расположенной вне зоны контакта с отверстием

59,составит 20 мин,что находится в пределах упругой деформации укаэанной 55 части винта 18, составляющей по длине несколько десятков миллиметров.

Перекос указанного торца вкладыша 20 при ограничении длины отверстия 63 составит угол, равный углу поворот» оптического элемента. Таким обра ем, нарушение соосности резьбовнх о — верстий 59 и 63 для данного рег|е, пя допустимо, более того, этим достиг»ется выбор люфтов в резьбовом соединении деталей 18 и 20, т,е, обеспечение безлюфтового управления разворотом подвижной секции держателя,, При повороте дифференциального регулировочного винта 13 происходит осевое перемещение толкателя 14, что в результате взаимодействия торцовых поверхностей 56 и 57 соответственно толкателя 14 и поворотного пальца 15 приводит к развороту фланца 41 держателя 3 относительно фланца 25 корпуса l, т.е. происходит разворот оптического элемента вокруг оси X-X. При развороте фланца 41, подпружиненного относительно фланца 25 пружиной 17 при неполностью сжатых шайбах 5, происходит проскальзывание фланца 41 между кольцами 2 и 4, при этом поворотный палец 15 разворачивается в отверстии 31, обеспечивая совпадение торцовых поверхностей 56 и 57. Таким образом, регулировочное устройство 10 обеспечивает диапазон разворота оптического элемента в пределах нескольких единиц градусов. При разности шагов резьб винта 13, равной 0,1 мм, поворот его на угол, равный нескольким десяткам градусов, обеспечивает поворот оптического элемента на угол, равный нескольким единицам секунд, Следует отметить еще одно свойство регулировочного устройства 10.

В связи со смещением оси отверстия

31 относительно оси отверстия 51 при развороте фланца 41 относительно фланца 25, разворот поворотного пальца 15 вокруг собственной оси приводит к развороту толкателя 14 относительно винта 13 что может быть использовано для увеличения или уменьшения чувствительности регулировки путем выбора направления резьбы в реэьбовом соединении. Фиксация положения оптического элемента обеспечивается затяжкой винтов 6 до полного сжатия пружинных шайб 5. Может быть использовано штифтование держателя 3 относительно корпуса 1. Таким образом, регулировочные устройства 1О и 12 обеспечивают безлюфтовое соединение соответственно держателя 3 с корпу! 379759

lO биРА

26 16

16 6 сом l и подвижной секции 66 с неподвижной секцией 65. формула и з о б р е т е н и я

1.Устройство для юстировки оптических элементов, соде.-.:кащее держатель оптического элемента, состоящий из двух секций, соединенных одна с другой упругой перемычкой, на одной из которых установлен оптический элемент и регулировочный механизм, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности юстировки, устрой- 15 ство дополнительно снабжено корпусом с цилиндрической внутренней поверхностью с фланцем на одном конце, с отверстием в боковой поверхности и дополнительным регулировочным меха- ур низмом, при этом держатель размещен в корпусе соосно с ним и выполнен в виде ступенчатой гильзы с соосными наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями, торцовая секция держателя, в которой установлен оптио ческий элемент, скошена под углом 45 к его оси, в месте ступенчатого перехода гильзы держателя выполнен паз, на концах которого выполнены соосные отверстия, а на торцовой поверхности попнижной секции держателя со стороны соосных отверстий выполнены цилиндрические проточки, кроме того, допол— нительно введенный регулировочный механизм размещен между фланцами корпу- са и держателя и содержит дифференциальный винт, установленный в резьбовом отверстии фланца держателя и в резьбовом отверстии толкателя, при этом взаимодействующие поверхности толкателя и поворотного пальца, установленного во фланце корпуса, скошены о под углом 45, ось поворотного пальца и ось дифференциального винта эксцентричны между собой, а фланцы держателя и корпуса подпружинены между собой. (2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что диаметры цилиндрических проточек, выполненных на торцовой поверхности подвижной секции держателя, равны.

3. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что диаметры цилиндрических проточек, выполненных на торцовой поверхности подвижной секции держателя, различны.

l379759

32 15 3

Ю ЯЗВ1921 22ФФР120бЗ бУ 11 3752

70

70 бд

71

)379759

7б 75

Фиг. б

Фиг, 7

1379759

Составитель Т. Гатилина

Техред А. Кравчук

Редактор В.Данко

Корректор М.Пожо

Заказ 979/49

Тираж 533

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписно е

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул.Проектная, 4