Устройство для юстировки оптических элементов, преимущественно зеркал

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВК ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, преимуществен но зеркал, содержащее корпус с кони ческой поверхностью, держатель опти ческого элемента, вьтолненный в виде полусферы и сопряженньй с кониче кой поверхностью .корпуса, осевой стержень, одним концом соединенный с держателем оптического элемента, распорную пружину, коитрирующий эле мент и регулировочный шарнир, включакяций втулку, отлнчаюгцее с я тем, что, с целью упрощения юстировки и повьшенйя ее наделшости вторая поверхность корпуса выполне13 T;i 1 Ил .;; .,.. li на сферической, центр ее совпадает с центром сферы держателя оптического элемента, втулка выполнена с одной конической поверхностью и другой сферической , центр которой совпадает с центром сферы держателя оптического элемента, осевой стержень выполнен с резьбой, а контрирухлщй элемент - в виде гайки с опоршим тор цом и фланцем и установлен на осевом стержне, при этом конжгеская поверхность втулки .сопряжена со сферической поверхностью корпуса с возможностью поворота в плоскости вокруг центра сферы держателя оптического элемента, регулировочный шарнир образюван опорным торцом контрирующего элемента и сферической .поверхностью втулки и выполнен с возможностью поворота вокруг центра сферы держателя оптического элемента в плоскости, перпендшсупярной плоскости поворота втулки, а распорная пружина установлена между фланцем контрирующегр элемента и сферической поверхностью втулки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11), 4(5!) С 02 В 7 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3673644/24-10 (22) 13.12.83 (46) 15.05.85. Бюл. Ф 18 (72) П.А. Санников (53) 681.4.072(088.8) (56) 1. Бардин А.Н. Сборка и юстировка оптических приборов. И., "Высшая школа", 1968, с. 178, рис. 90.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 611166, кл. С 02 В 7/ 18, 1978. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЮСТИРОВКИ

ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ,.преимущественно зеркал, содержащее корпус с конической поверхностью, держатель оптического элемента, выполненный в виде полусферы и сопряженный с конической поверхностью .корпуса, осевой стержень, одним концом соединенный с держателем оптического элемента, распорную пружину, контрирукнций элемент и регулировочный шарнир, включающий втулку, о т л .и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью упрощения юстировкн и повышения ее надежности, вторая поверхность корпуса выполнена сферической, центр ее совпадает с центром сферы держателя оптического элемента, втулка выполнена с одной конической поверхностью и другой сферической, центр которой совпадает с центром сферы держателя оптического элемента, осевой стержень выполнен с резьбой, а контрирующий зле. мент — в виде гайки с опорным торцом и фланцем и установлен на осевом стержне, при этом коническая поверхность втулки .сопряжена со.сферической поверхностью корпуса с возможностью поворота в плоскости вокруг центра сферы держателя оптического элемента, регулировочный шарнир образован опорным торцом контрирующего элемента и сферической .поверхностью втулки и выполнен с возможностью поворота вокруг центра сферы держателя оптического элемента в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота втулки, а распарная пружина установлена между фаанцем контрирующего элемента и сферической поверхностью втулки.

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что осевой стержень выполнен с лысками, а в центральной части втулки выполнен правляющий паз, взаимодействующий лысками осевого стержня, при этом

1155978 периферийной части втулки в плоскости, перпендикулярной направляющему пазу, установлен штырь, а в периферийной части корпуса выполнен направляющий паз, взаимодействующий со шты. ,рем.

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в оптико-механических приборах, в частности, для юстировки углового положения зеркал и призм.

Известны устройства для юстировки оптических элементов, содержащие сферический опорный шарнир и регулироночные винтовые элементы (1) .

Основным недостатком таких уст- 10 ройств является сложность и ненадежность юстировки зеркала, так как при любом изменении углового положения зеркала при помощи регулировочных элементов в таких устройствах наряду с наклоном оптической оси зеркала относительно оси устройства происходит также линейное смещение оси зеркала относительно оптической оси устройства, что приводит, при использовании зеркала для отклонения сходящегося (расходящегося) светового пучка, к его винъетированию оправой зеркала и расфокусировке оптического устройства. Для устранения смещения оси зеркала в таких устройствах необходийо регулировать дополнительное положение зеркала вдоль его оси. Кроме того, контровка регулировочных элементов производится в том же направлении, что и

30 регулирование, что приводит к разьюстировке оптического элемента, либо сразу из-за изгибных деформаций и люфтов в резьбе, либо через некоторое время иэ-за релаксации напряжений в винтовых соединениях.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для юстировки оптичес, 40 ких элементов, содержащее корпус с конической поверхностью, держатель оптического элемента, выполненный в виде полусферы и сопряженный с конической поверхностью корпуса, осевой стержень, одним концом соединенный с держателем оптического элемента, распорную пружину, контрирующий элемент и регулировочный шарнир, включающий втулку (2) .

Недостатком этого устройства является сложность и ненадежность юстировки, обусловленная выполнением регулировочного шарнира в виде полусферы, сопряженной с конической поверхностью втулки, жесткой связью между сферами оЬоих шарниров регулировочного и опорного, образованного конической поверхностью кор-. пуса и полусферой держателя оптического элемента, и несовпадением направления усилия контрирования с осями обоих шарниров. Выполнение регулировочного шарнира в виде полу. сферы, сопряженной с конической поверхностью корпуса с тремя .степе-! нями свободы, приводит к тому,что при юстировке сферы обоих шарниров непредсказуемо поворачивают вокруг их общей оси, что вносит элемент ненадежности в процесс юстировки и затрудняет ее. Жесткая связь между сферами обоих шарниров при вращении эксцентриковых втулок приводит к осевому перемещению конусной втулки во:внутренней эксцентриковой втулке, а направление усилия раснорной пружины при этом направлено под углом к направлению осевого перемещения конусной втулки, что приводит к заклиниванию и заеданию, т. е. затрудняет процесс юстировки. Несовпадение направления усилия контрирующего винта с осями обоих шарниров приводит при контрировании к перераспределению величин зазоров

1l55978 по противоположным сторонам конусной сительно центра сферы держателя апти . и эксцентриковой втулок и а счет ческого элемента и использование этого к разъюстировке зеркала. опорного торца контрирующего элеменЦель изобретения — упрощение юс- та в качестве наружного звена регутировки и повышение ее надежности. g лировочного шарнира позволяет упросУказанная цель достигается тем, тить юстировку и повысить ее надежчто в устройстве для юстировки оп- ность при регулировке угла наклона тических элементов, преимущественно оптического элемента (зеркала) в плосзеркал, содержащем корпус с коничес- кости поворота регулировочного шаркой поверхностью, держатель оптичес- 10 нира, так как регулировочное смещение кого элеМента, выполненный и виде наружного звена регулировочного шарполусферы и сопряженный с коничес- нира и вызываемый им юстироночный кой поверхностью корпуса, осевой наклон оптической оси зеркала осущестержень, одним Koif!TQM соединенный ствляются в одной плоскости, связаны с держаталем оптического элемента, t5 прямопропорциональной зависимостью, распорную пружину, контрирующий а направление усилия контрирования элемент и регулировочный шарнир, проходит через центр сферы держателя включающий втулку, вторая поверх- оптического элемента. Образование ность корпуса выполнена сферичес- одноподвижного промежуточного шарникои, центр ее совпадает с центром 0 ра из втулки с конической поверхноссферы держателя оптического элемен- тью и сферической поверхности корпута, втулка выполнена с одной коничес- са с воэможностью поворота вокруг кой поверхностью и другой сферичес- центра сферы держателя оптического кой, центр которой совпадает с цент- элемента в плоскости, перпендикулярром сферы держателя оптического эле- 25 ной плоскости поворота регулировочмента, осевой стержень выполнен наго шарнира, позволяет упростить с резьбой, а контрирующий элемент — юстировку и повысить ее надежность в виде гайки с опорным торцом и флан- при регулировке угла наклона зеркацем и установлен на осевом стержне, ла во второй плоскости, перпендипри этом коническая поверхность втул- З0 кулярной плоскости поворота регулики сопряжена со сферической поверх- ровочного шарнира, так как регулироностью корпуса с возможностью пово- вочное смещение втулки в промежуточрота в плоскости вокруг центра сфе ном шарнире и вызываемый им юстироры держателя оптического элемента, вочный наклон оси зеркала также осурегулировочный шарнир образован опор- ществляются в одной плоскости и св—

35 свяным торцом контрирующего элемента и заны прямопропорциональной зависисферической поверхностью втулки и мостью, при этом юстировка зеркала выполнен с возможностью поворота в плоскости поворота регулировочновокруг центра сферы держателя опти- го шарнира не нарушается. Размещение ческого элемента в плоскости, пер- распорной пружины между сферической пендикулярной плоскости поворота поверхностью втулки и фланцем контвтулки, а распорная пружина установ- рирующего элемента повышает надежлена между фланцем.контрирующего ность юстировки в обеих плоскостях, элемента и сферической поверхностью так как направление усилия пр ины уж втулки. перпендикулярно поверхностям перемеЦелесообразно осевой стержень щающихся звеньев шарниров что обесУ выполнить с лысками, а в централь- печивает постоянство прижимного усиной части втулки выполнить направ- лия на них и отсутствие заеданий и ляющий паз, взаимодействующий с лыс- заклиниваний при регулировочных пека и осевого стержня, при этом в 0 ремещениях звеньев шарнир в. периферийной части втулки в плосдримеиение винтового стержня для связи регулировочного и оп р ого

t шарниров обеспечивает регулировку усилия распорной пружины H HapeKHo< со штырем.

5S контрирование положения зеркала, так как направление усилия контрироваВыполнение в устройстве регулиро- ния совпадает с направлением усилия вочного шарнира одноподвижным отно- распорной пружины и с линией пересе1155978 пения взаимно перпендикулярных плос-: ! костей поворотов в шарнирах. А выполнение во втулке регулировочного шарнира направляющего паза и выполнение на стержне лысок, контактирующих со сторонами направляющего паза позволяет исключить воэможность

1 с поворота зеркала вокруг оси стержня.

На фиг. 1 изображено устройство для юстировки оптических элементов, преимущественно зеркал (без регулировочных механизмов) разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — устройство с регулировочными механизмами, разрез; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Ус тр ойс тво содержит корпус 1 с одной поверхностью конической и другой сферической, держатель оптического элемента 2, выполненный в виде полусферы и контактирующий с конической поверхностью корпуса с образованием опорного шарнира, втулку 3, у которой одна поверхность выполнена конической и сопряжена со сферической поверхностью корпуса 1 с образованием промежуточного шарнира, а другая поверхность выполнена сферической. Осевой стержень 4 выполнен с резьбой и одним концом прикреплен к полусфере держателя оптического элемента 2. Центры сферических поверхностей корпуса 1 и втулки 3 совпадают с центром сферы держателя оптического элемента 2. Контрирующий элемент выполнен в виде гайки 5 с опорным торцом 6 и фланцем 7 и установлен на осевом стержне 4. Опорный торец 6 гайки 5 сопряжен со сферической поверхностью втулки 3 с образованием регулировочного шарнира, а распорная пружина 8 установлена между фланцем 7 гайки 5 и сферической поверхностью втулки 3. Втулка

3 содержит направляющий паз 9 (фиг. 2 и 4), со сторонами которого контактируют лыски 10, выполненные на осевом стержне 4, и штырь 11, контактирующий с направляющим пазом 12, выполненным в корпусе 1. Направление паза 12 перпендикулярно направлению паза 9 во втулке 4. Зеркало закреплено на полусфере держателя 2 так, что центр сферы совпадает с отражающей поверхностью зеркала и его оптической осью.

При выполнении устройства с регулировочными механизмами оно дополнительно содержит (фиг. 3 н 4) механизм 13 регулировки угла поворота втулки 4 в промежуточном шарнире и механизм 14 регулировки угла поворота гайки 5 в регулировочном шарнире. Механизм 13 выполнен в виде двух винтов 15 и 16 с дифференци19 ! альной резьбой, соединенных между собой упругим элементом в виде тор; сиона 17. При этом винт 15 ввернут во втулку 18, закрепленную на корпусе 1, а винт 16 — во втулку 3. Механизм 14 также выполнен в виде двух винтов 19 и 20 с дифференциальной резьбой, соединенных между собой упругим элементом в виде торсиона 21.

Причем винт 19 ввернут во втулку 22, закрепленную во втулке 3, а винт

20 — в стержень 4.

Устройство работает следующим образом.

Вращением гайки 5 добиваются необходимого усилия пружины 8, затем, прикладывая к гайке 5 радиальное усилие в требуемом направлении, регулируют угловое положение зеркала. При этом пружина 8 обеспечивает кинематическое замыкание звеньев в опорном, промежуточном и регулировочном шарнирах и за счет поворотов в этих шарнирах обеспечивается регулировка углового положения зеркала по двум взаимно перпендикулярным плоскостям.

Лыски 10 на стержне 4 предохраняют зеркало от поворота вокруг оси стержня 4. 1(онтровку осуществляют навинчиванием гайки 5 на стержень 4. При этом направление .усилия контрирования всегда совпадает с направлением усилия пружины 8 и оптической осью зеркала, тем самьаи в устройстве исключена возможность разъюстировки зеркала при контрировании, как в прототипе, т.е. повышена надежность юстировки при максимальном ее упро; щении.. Чувствительность юстировхи в данном случае зависит от величины плеча (расстояние от точки приложения регулировочного усилия до центра сферы опорного шарнира) и может составлять десятки угловых секунд.

При выполнении устройства с peryлировочными механизмами положение зеркала (фиг. 3 и 4) регулируют отдельно в каждой из двух взаимно

1155978

ФЙ2. 2

18 15 Ь з перпендикулярных плоскостей. Вращением винта 15 механизма 13 регулируют угловое положение зеркала в плоскости поворота промежуточного шарнира, а вращением винта 19 меха- 5 низма 14 регулируют угловое положение зеркала в плоскости поворота регулировочного шарнира. Б остальном работа устройства осуществляется аналогично. Чувствительность юстировки в данном случае зависит от параметров дифференциальных винтовых механизмов 13 и 74 и.может составлять доли угловой секунды.

Использование устройства, выпол- 15 ненного без регулировочных механизмов, позволяет, прикладывая к контрирующей гайке усилие в нужном направлении, без последовательной регулировки в двух взаимно перпендикуляр- о ных плоскостях обеспечить требуемое угловое положение зеркала, т.е, более просто и надежно по сравнению с прототипом осуществлять юстировку зеркала с точностью, достаточной для большинства оптико-механичеcKHx приборов, использующих зеркало для

"излома" оптической оси прибора.

Устройство, выполненное с регулировочными механизмами, более просто и надежно по сравнению с прототипом и с высокой точностью осуществляет юстировку зеркала в приборах с высокой чувствительностью к разьюстировке его углового положения, например, в интерферометрах, оптических квантовых генераторах, монохроматорах и т.п.

Годовой экономический эффект от использования устройства для юстировки оптических элементов, преимущественно зеркал, в серийно выпускаемых оптико-механических приборах составит не менее 14 тыс, руб. из расчета использования устройства на одном предприятии. цццц Заказ 3 13б/41

Тираж -526 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,