Устройство для юстировки оптических элементов,преимущественно зеркал Советский патент 1985 года по МПК G02B7/18 

2. Устройство no п.1, о т л и чающееся тем, что осевой стержень выполнен с лысками, а в центральной части втулки выполнен правляющий паз, взаимодействующий лысками осевого стержня, при этом

периферийной части нтулки в плоскости, перпендикулярной направляющему пазу, установлен штырь, а в периферийной части корпуса выполнен направляющий паз, взаимодействующи-й со шты,рем.

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.

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть исполь зовано в оптико-механических приборах, в частности, для юстировки углового положения зеркал и призм. Известны устройства для юстировк оптических элементов, содержащие сф рический опорный шарнир и регулировочные винтовые элементы l . Основным недостатком таких устройств является сложность-и ненадеж ность юстировки зеркала, так как при любом изменении углового положе ния 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) све тового пучка, к его виньетированию оправой зеркала и расфокусировке оптического устройства. Для устранения смещения оси зеркала в таких устройствах необходимо регулировать дополнительное положение зеркала вдоль его оси. Кроме того, контровка регулировочных элементов производится -в том же направлении, что и регулирование, что приводит к разъюстировке оптического элемента, либо сразу из-за изгибных деформаций JBoфтoв в резьбе, либо через некоторое время из-за релаксации напряжений в винтовых соединениях. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для юстировки оптических элементов, содержшцее 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 щарнир, включающий втулку 2j . Недостатком этого устройства является сложность и ненадежность н стировки, обусловленная выполнением регулировочного шарнира в виде полусферы, сопряженной с конической поверхностью втулки, жесткой связью между сферами обоих 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 полусферы, сопряженной с конической поверхностью корпуса с тремя степеНЯМИ свободы, приводит к тому,что ПИИ 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 распорной 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 по противоположным сторонам конусно и эксцентриковой втулок и а счет этого к разъюстировке зеркала. Цель изобретения - упрощение юстировки и повьпаение ее надежности. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для юстировки оптических элементов, преимущественно зеркал, содержащем корпус с коничес кой поверхностью, держатель оптичес кого элемента, выполненный в виде полусферы и сопряженный с конической поверхностью корпуса, осевой стержень, одним KOHJIOM соединенный с держаталем оптического элемента, распорную пружину, контрирующий элемент и регулировочный шарнир, включающий втулку, вторая поверхность корпуса выполнена сферической, центр ее совпадает с центром сферы держателя оптического элемента, втулка выполнена с одной кониче кой поверхностью и другой сферической, центр которой совпадает с цент ром сферы держателя оптического эле мента, осевой стержень выполнен с резьбой, а контрирующий элемент в виде гайки с опорным торцом и фла цем и установлен на осевом стержне, при этом коническая поверхность вту ки сопряжена со сферической поверхностью корпуса с возможностью поворота в плоскости вокруг центра сфе ры держателя оптического элемента, регулировочный шарнир образован опо ным 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 распорная пружина- установ лена между фланцем контрирующего элемента и сферической поверхностью втулки. Целесообразно осевой стержень выполнить с лысками, а в центральной части втулки выполнить направляющий паз, взаимодействующий с лыс ками осевого стержня, при этом в периферийной части втулки в плос-кости, перпендикулярной направляющему пазу, установить штьфь, а в периферийной части корпуса выполнить направляющий паз, взаимодействующий со штырем. Выполнение в устройстве регулировочного шарнира одноподвижным отно784сительно центра сферы держателя оптического элемента и использование опорного торца контрирующего элемента в качестве наружного звена регулировочного шарнира позволяет упростить юстировку и повысить ее надежность при регулировке угла наклона оптического элемента (зеркала) в плоскости поворота регулировочного шарнира, так как регулировочное смещение наружного звена регулировочного шарнира и вызываемый им юстировочный наклон оптической оси зеркала осуществляются в одной плоскости, связаны прямопропорциональной зависимостью, а направление усилия контрирования проходит через центр сферы держателя оптического элемента. Образование одноподвижиого промежуточного шарнира из втулки с конической поверхностью и сферической поверхности корпуса с возможностью поворота вокруг центра сферы держателя оптического элемента в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота регулировочного шарнира, позволяет упростить юстировку и повысить ее надежность при регулировке угла наклона зеркала во второй плоскости, перпендикулярной плоскости поворота регулировочного щарнира, так как регулировочное смещение втулки в промежуточном шарнире и вызываемый им юстировочный наклон оси зеркала также осуществляются в одной плоскости и связаны прямопропорциональной зависимостью, при этом юстировка зеркала в плоскости поворота регулировочного шарнира не нарушается. Размещение распорной пружины между сферической поверхностью втулки и фланцем коИтрирующего элемента повьппает надежность юстировки в обеих плоскостях, так как направление усилия пружины перпендикулярно поверхностям перемещающихся звеньев шарниров, что обеспечивает постоянство прижимного усилия на них и отсутствие заеданий и заклиниваний при регулировочных перемещениях звеньев шарниров. Применение винтового стержня для вязи регулировочного и опорного арниров обеспечивает регулировку силия распорной пружины и надежное онтрирование положения зеркала, так ак направление усилия контрироваия совпадает с направлением усилия аспорной пружины и с линией пересечеиня взаимно перпендикулярных плоскостей поворотов в шарнирах. Л выполнение, во втулке регулировочного шарнира направляющего паза и выполнение на стержне лысок, контактирующих со сторонами направляющего паза, позволяет исключить возможност 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.

Устройство содержит корпус 1с 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 t 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. Опор ный 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 А, и штырь 11, контактирующий с направляющим паз.ом 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 и 4) механизм 13 регулировки угла поворота втулки 4 в промежуточном шарнире и механизм 14 регулировки угла поворота гайки 5 в регулировочном шар нире. Механизм 13 выполнен в виде двух винтов 15 и 16 с дифференци альной резьбой, соединенных между собой упругим элементом в виде торс сиона 17. При атом 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. Контровку осуществляют навин- чивание м гайки 5 на стержень 4. При этом направление усилия контрирования всегда совпадает с направлением усилия пружины 8 и оптической осью зеркала, тем самым в устройстве исключена возможность раэъюстировки зеркала при контрировании, как в прототипе, т.е. повышена надежность юстировки при максимальном ее упрощении. Чувствительность (остировки 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 регулировочными механизмами положение зеркала (фиг. 3 и 4) регулируют отдельно в каждой из двух взаимно