УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СВЕТОВОГО ПОТОКА Российский патент 1997 года по МПК G02B7/18 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано, в частности, в микроскопах и контрольно-измерительных оптических приборах.

Известно устройство для переключения светового потока, содержащее корпус со световыми отверстиями, три подвижных зеркала, три упора, три электромагнитных защелки и электромагнит возврата зеркал в нерабочее положение. Работа устройства основана на том, что при подаче электрического сигнала на один из трех электромагнитов защелок освобождается одно из трех зеркал, которое под действием пружины и собственного веса занимает рабочее положение. Для возврата данного зеркала в исходное положение подается электрический сигнал на электромагнит возврата. Аналогичные операции осуществляются при переключении светового потока в другом направлении при помощи второго и третьего зеркала и второго и третьего электромагнитов защелок /1/.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием трех зеркал и четырех электромагнитов и ненадежностью фиксации рабочих положений зеркал, обусловленной ударными нагрузками на упоры при переключении зеркал.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является устройство для переключения светового потока, содержащее корпус с пазом, базовым цилиндрическим отверстием и перпендикулярными ему световыми отверстиями, соосно расположенные в нем ползун, выполненный в виде стакана с тремя отверстиями, снабженный пальцем, установленным в прямолинейном пазе корпуса с возможностью осевого перемещения, подпружиненный к фланцевой части корпуса толкатель, выполненный в виде стакана с отверстиями, подпружиненный ползуном к фланцевой части корпуса, оправу, выполненную в виде цилиндра с двумя отверстиями и зеркалом между ними, отражающая поверхность которого расположена на оси базового отверстия корпуса, причем оправа расположена внутри ползуна и толкателя, снабжена двумя пальцами, один из которых установлен в прорези толкателя с возможностью осевого перемещения, а другой установлен с возможностью фиксации в крайних положениях в винтовой прорези ползуна длиной, равной половине витка, и шагом, равным двойному расстоянию от оси зеркала до каждой из осей отверстий оправы. Точки приложения оси пружин, расположенных между торцами заглушки базового отверстия корпуса и ползуна, оправы и ползуна совпадают с осью базового отверстия корпуса. Работа устройства основана на фиксации двух рабочих положений зеркала при повороте оправы в ползуне и обеспечении третьего рабочего положения зеркала при совместном перемещении толкателя, ползуна и оправы вдоль оси базового отверстия корпуса. При этом фиксация двух первых рабочих положений зеркала обеспечивается пружинами и конфигурацией винтового паза в ползуне, а для фиксации третьего рабочего положения зеркала необходимо приложить внешнее усилие /2/.

Недостатками данного устройства являются низкая надежность юстировки и фиксации рабочих положений зеркала, обусловленная фиксацией углового положения зеркала относительно ползуна, а не корпуса, и приложением силы пружин только в направлении оси базового отверстия корпуса, что приводит к различным значениям углового положения зеркала относительно корпуса за счет зазоров между пальцев ползуна и стенками прямолинейного паза корпуса.

В основу изобретения положена задача создания устройства для переключения светового потока, конструктивное выполнение которого путем введения новых конструктивных элементов и их связей с известными устраняет неоднозначность углового положения зеркала за счет обеспечения прижима пальца оправы с зеркалом непосредственно к базовым поверхностям корпуса, что позволяет повысить надежность юстировки и фиксации рабочих положений зеркала.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для переключения светового потока, содержащем корпус с пазом, световыми отверстиями и базовым цилиндрическим отверстием, в котором соосно с ним расположены с возможностью поворота и кинематически связаны между собой толкатель и цилиндрическая оправа, снабженная зеркалом, световым отверстием и пальцем и установленная с возможностью линейного перемещения вдоль оси базового отверстия, оправка дополнительно снабжена вторым пальцем, установленным с возможностью перемещения в винтообразном пазе, выполненном в толкателе, а в пазе корпуса, выполненном Г-образной формы, установлен первый палец оправы с возможностью поджатия к соответствующим опорным поверхностям, которыми снабжен корпус, в трех фиксированных положениях пружиной сжатия, один конец которой соединен с корпусом, а другой с торцем оправы таким образом, что в каждом из фиксированных положений точка приложения силы пружины и соответствующая опорная поверхность расположены по разные стороны от плоскости, проходящей через ось оправы и точку приложения силы пружины к корпусу, и по одну сторону от плоскости, перпендикулярной оси оправы и проходящей через точку приложения силы пружины к корпусу.

При этом пружина сжатия может быть выполнена в виде цилиндрической пружины и установлена внутри телескопически соединенных с возможностью взаимного перемещения двух гильз, концы которых через сферические шарниры соединены соответственно с торцем оправы и корпусом.

Выполнение в корпусе Г-образного паза вдоль оси базового отверстия, размещение в нем второго пальца оправы, выполнение углового размера радиальной частоты Г-образного паза большим угла поворота оправы с зеркалом и выполнение длины линейной части Г-образного паза большим расстояния между центром зеркала и осью светового отверстия в оправе позволяет непосредственно связать оправу с корпусом и обеспечить за счет радиальной части Г-образного паза два рабочих угловых положения зеркала при повороте оправы, а за счет линейной части Г-образного паза обеспечить два рабочих положения зеркала при его смещении вдоль оси оправы. Выполнение прорези толкателя в виде винтового паза обеспечивает при повороте толкателя возвратно-поступательное перемещение оправы вдоль линейной части Г-образного паза. Закрепление пружины сжатия одним концом на торце оправы, а другим концом на корпусе таким образом, что в плоскости, перпендикулярной оси базового отверстия, точка приложения силы пружины на торце оправы при повороте ее в два фиксированных положения располагается по разные стороны плоскости, проходящей через ось оправы и точку приложения силы пружины на корпусе, обеспечивает надежный прижим пальца оправы в каждом рабочем положении зеркала при повороте оправы к упорным поверхностям радиальной части Г-образного паза корпуса. А размещение в плоскости, параллельной оси оправы, точки приложения силы пружины на торце оправы при ее линейных смещениях в два фиксированных положения по разные стороны плоскости, перпендикулярной оси оправы и проходящей через точку приложения силы пружины на корпусе, обеспечивает надежный прижим пальца оправы в каждом рабочем положении зеркала при его линейных смещениях к упорным поверхностям линейной части Г-образного паза корпуса. Таким образом, вышеперечисленные отличительные признаки обеспечивают работоспособность устройства и устранение влияния зазоров в пазах на погрешность углового положения зеркала и позволяют за счет этого повысить надежность юстировки и фиксации рабочих положений зеркала.

Выполнение пружины сжатия в виде цилиндрической пружины, помещенной внутри двух гильз, телескопически соединенных с возможностью взаимного перемещения, и соединение концов гильз с торцем оправы и корпусом через сферические шарниры обеспечивает одновременно с выполнением основной задачи надежность работы пружины сжатия за счет использования сферических шарниров в местах закрепления пружины на оправе и корпусе.

На фиг. 1 изображено устройство для переключения светового потока, разрез; на фиг. 2 вид со стороны толкателя; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 сечение А-А при повернутом толкателе; на фиг. 6 сечение Б-Б при повернутом толкателе; на фиг. 7 - устройство при линейно смещенной оправе; на фиг. 8 сечение Б-Б на фиг. 7.

Устройство для переключения светового потока состоит из корпуса 1 с базовым цилиндрическим отверстием 2, световыми окнами 3 6 и Г-образным пазом 7 с радиальной частью 8 и линейной частью 9. В отверстии 2 корпуса 1 расположена цилиндрическая оправа 10 с зеркалом 11, закрепленным отражающей поверхностью на оси цилиндрической оправы 10, световым отверстием 12 и двумя пальцами 13 и 14. Палец 14 оправы 10 входит в Г-образный паз 7 корпуса 1. Оправа 10 установлена в отверстии 2 корпуса 1 с возможностью поворота и линейного перемещения. Соосно с оправой 10 в корпусе 1 установлен с возможностью поворота в отверстии 2 толкатель 15, снабженный винтовой прорезью 16, в которую входит палец 13 оправы. На толкателе 15 закреплена рукоятка 17, занимающая три фиксированных положения, обозначенных на фиг. 2 буквами В, Г и Д. Для предотвращения осевого перемещения толкателя 15 предусмотрена крышка 18, закрепленная на корпусе 1. Угловой размер радиальной части 8 Г-образного паза 7 выполнен большим угла поворота оправы 10 с зеркалом 11, длина линейной части 9 Г-образного паза 7 выполнена большей расстояния между центром зеркала 11 и осью светового отверстия 12 оправы 10. На корпусе 1 закреплены с возможностью регулировки положения пластины 19 и 20 с упорными поверхностями 21 и 22 соответственно, контактирующие с пальцем 14 оправы 10. На корпусе 1 при помощи пальца 23 со сферой 24 на конце закреплен один конец пружины сжатия 25, выполненной в виде цилиндрической пружины 26, помещенной внутри двух гильз 27 и 28, телескопически соединенных с возможностью взаимного перемещения. Второй конец пружины сжатия 25 при помощи пальца 29 со сферой 30 на конце закреплен на торце оправы 10. Сферы 24 и 30 пальцев 23 и 29 и отверстия гильз 27 и 28 образуют сферические шарниры, центры которых 31 и 32 являются точками приложения силы пружины сжатия 25 (направление силы пружины 25 на фигурах показано стрелкой и обозначено буквой F) соответственно к корпусу 1 и оправе 10. Причем пальцы 23 и 29 закреплены так, что в плоскости, перпендикулярной оси базового отверстия 2, точка 32 приложения силы пружины 25 на торце оправы 10 при поворотах ее в два фиксированных положения (на фиг. 2 обозначены буквами В и Г) располагается по разные стороны плоскости Е (см. фиг. 3 и 5), проходящей через ось оправы 10 и точку 31 приложения силы пружины 25 на корпусе 1. А в плоскости, параллельной оси оправы 10, точка 32 приложения силы пружины 25 к оправе 10 при ее смещениях в два фиксированных положения (см. фиг. 1 и 7) располагается по разные стороны плоскости Ж, перпендикулярной оси оправы 10 и проходящей через точку 31 приложения силы пружины 25 к корпусу 1. На фиг. 3 и 5 стрелками с индексом "F"р и "-F"р показаны направления действия радиальной составляющей силы Г пружины 25. На фиг. 1 и 7 стрелками с индексом "Fл" и "-Fл" показаны направления действия линейной составляющей силы F пружины 25.

Устройство для переключения светового потока работает следующим образом.

В начальном положении (фиг. 1), при котором рукоятка 17 толкателя 15 занимает положение, обозначенное на фиг. 2 буквой В, световое излучение проходит в отверстие 3 корпуса 1, отражается от зеркала 11 и выходит через отверстие 4 корпуса 1, как показано стрелками на фиг. 4. При этом сила "F" пружины 26 создает крутящий момент на оправе 10, и радиальная составляющая "Fр" этой силы (см. фиг. 3) прижимает палец 14 к упорной поверхности 22 регулируемой пластины 20, обеспечивая тем самым фиксацию оправы 10 с зеркалом 11 от разворота. А линейная составляющая "Fл" силы F пружины 26 (фиг. 1) прижимает палец 14 к стенке радиальной части 8 Г-образного паза 7, обеспечивая фиксацию оправы 10 от линейного смещения. Регулируя положение пластины 20 с упорной поверхностью 22, устанавливается необходимое рабочее угловое положение зеркала 11. Для переключения зеркала 11 во второе рабочее положение, при котором световое излучение проходит в отверстие 3 корпуса 1, отражается от зеркала 11 и выходит в отверстие 5 корпуса 1, как показано стрелками на фиг. 6, поворачивают толкатель 15 за рукоятку 17 в положение, обозначенное на фиг. 2 буквой Г. При этом палец 13 через паз 16 толкателя 15 поворачивает оправу 10 с зеркалом 11, которая фиксируется от линейного смещения пальцем 14, входящим в радиальную часть 8 Г-образного паза 7. Палец 29 при повороте оправы 10 описывает дугу и до совмещения точки 32 с плоскостью E сила "Fр" противодействует повороту оправы 10, а при дальнейшем ее повороте меняет знак на противоположный и силой "-Fр" заканчивает поворот оправы 10 до упора пальца 14 в упорную поверхность 21 регулируемой пластины 19, обеспечивая тем самым фиксацию оправы 10 с зеркалом 11 во втором рабочем положении от разворота. А линейная составляющая "Fл", как и в первом рабочем положении зеркала 11, фиксирует его от линейного смещения. Регулируя положение пластины 19 с упорной поверхностью 21, устанавливают необходимое угловое положение зеркала 11 в его втором рабочем положении. Поворотом рукоятки 17 в обратном направлении в положение В зеркало 11 переводится в исходное состояние, т.е. в первое рабочее положение. Для переключения зеркала 11 в третье рабочее положение, при котором световое излучение последовательно проходит отверстие 3 корпуса 1, световое отверстие 12 оправы 10 и выходит через отверстие 6 корпуса 1, как показано стрелками на фиг. 8, поворачивают толкатель 15 за рукоятку 17 в положение, обозначенное на фиг. 2 буквой Д. При этом толкатель 15 поверхностью винтового паза за палец 13 линейно перемещает оправу 10 с зеркалом 11, которая фиксируется от разворота стенками линейной части 9 Г-образного паза 7 и упорной поверхностью 22 пластины 20, с которыми контактирует палец 14. При перемещении оправы 10 до совмещения точки 32 с плоскостью Ж сила "Fл" противодействует перемещению оправы 10, а при ее дальнейшем смещении меняет знак на противоположный и силой "-Fл" заканчивает линейное перемещение оправы 10 до упора пальца 14 в конце линейной части 8 Г-образного паза 7, обеспечивая тем самым фиксацию зеркала 11 в третьем рабочем положении, при котором совмещаются оси отверстий 3 и 6 корпуса 1 с осью отверстия 12 оправы 10 (см. фиг. 7 и 8). При обратном повороте рукоятки 17 оправа с зеркалом переключаются в исходное положение.

Таким образом, во всех положениях зеркала 11 его оправа 10 через палец 14 прижимается пружиной 25 по двум взаимно перпендикулярным направлениям к упорным поверхностям корпуса 1 и за счет этого повышается надежность юстировки и фиксации рабочих положений зеркала 11.

Использование: в микроскопах и контрольно-измерительных оптических приборах. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1 с базовым цилиндрическим отверстием 2, световыми окнами 3 - 6 и Г-образным пазом 7, оправу 10 с зеркалом 11 и световым окном 12, установленную с возможностью поворота и линейного смещения в отверстии 2, через палец 14 связанную с Г-образным пазом 7 и через палец 13 - с толкателем 15. Корпус 1 и оправа 10 кинематически связаны с силовым замыканием через пружину сжатия 25, осуществляющую фиксацию рабочих положений зеркала 11. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для переключения светового потока, содержащее корпус с пазом, световыми отверстиями и базовым цилиндрическим отверстием, в котором соосно с ним расположены с возможностью поворота и кинематически связаны между собой толкатель и цилиндрическая оправа, снабженная зеркалом, световым отверстием и пальцем и установленная с возможностью линейного перемещения вдоль оси базового отверстия, отличающееся тем, что оправа дополнительно снабжена вторым пальцем, установленным с возможностью перемещения в винтообразном пазе, выполненном в толкателе, а в пазе корпуса, выполненном Г-образной формы, установлен первый палец оправы с возможностью поджатия к соответствующим опорным поверхностям, которыми снабжен корпус, в трех фиксированных положениях пружиной сжатия, один конец которой соединен с корпусом, а другой с торцем оправы таким образом, что в каждом из фиксированных положений точка приложения силы пружины и соответствующая опорная поверхность расположена по разные стороны плоскости, проходящей через ось оправы и точку приложения силы пружины к корпусу, и по одну сторону от плоскости, перпендикулярной оси оправы и проходящей через точку приложения силы пружины к корпусу. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружина сжатия выполнена в виде цилиндрической пружины и установлена внутри телескопически соединенных с возможностью взаимного перемещения двух гильз, концы которых через сферические шарниры соединены соответственно с торцем оправы и корпусом.