一种离轴抛物镜组件及其使用方法

本发明涉及光学反射镜技术领域，具体涉及一种离轴抛物镜组件及其使用方法。

背景技术：

离轴抛物镜又称之为离轴抛物面反射镜，它主要是由金属铝材加工而成的一种金属抛物面反射镜，可用于聚焦离轴光束。离轴抛物镜属于一种精密光学元件，其坐标精度或误差量级对其相关的光学应用和光学实验有至关重要的影响，使得精确控制离轴抛物镜的坐标位置一直是本领域追求的重点与热点。目前，离轴抛物镜的精确控制技术主要被日本、德国和美国的一些光学企业掌握，国内相关企业的技术仍然与之相比有较大差距。

现有技术中，文献cn203250058u公开了离轴抛物镜三维调节支架，包括离轴抛物镜，其特征在于该调节支架还包括底板、球形法兰盘、球头螺杆、球头枝干和弹性装置，底板上设置有螺杆孔、枝干孔和拉簧孔，其中螺杆孔设置在底板中央位置，枝干孔和拉簧孔为两组，分别设置在螺杆孔左侧和下方位置；球形法兰盘设置在底板上方并与底板平行，球头螺杆、球头枝干与弹性装置的顶端分别穿过螺杆孔、枝干孔和拉簧孔与球形法兰盘底部连接，下端均固定在底板上。采用该三维调节支架虽然能够沿着xyz三个维度调节离轴抛物镜的方向和位置，但其无法对离轴抛物镜进行转动调节，且对离轴抛物镜的调节精度较差，其坐标精度只能控制在毫米级。此外，现有离轴抛物镜大都存在不方便调节的问题，每次使用前都需要反复调节离轴抛物镜的朝向才能确保入射光线与其镜面垂直或平行，使得调节过程费时费力。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种离轴抛物镜组件及其使用方法，用于解决现有离轴抛物镜坐标精度较差且不方便调节的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种离轴抛物镜组件，包括三维调节机构和离轴抛物镜，其特征在于：离轴抛物镜连接在转接器上，转接器连接在微调机构上，微调机构固定连接在三维调节机构上；

其中：

微调机构包括用于套设离轴抛物镜的孔板，在孔板侧方设置有调节座，调节座与孔板之间设有缝隙，在缝隙处设有第一弹簧和一个球体，第一弹簧一端固定连接调节座、另一端固定连接孔板，球体位于靠近调节座底部的其中一个角落处并被夹装限位，在调节座上穿设有调节螺杆，调节螺杆的端部抵靠在孔板侧壁；

转接器包括转动件和套设在转动件上的外环，外环固定在微调机构的孔板上，转动件其中一端面用于固定连接离轴抛物镜，且转动件转动时，离轴抛物镜随着转动件同步转动；转动件与外环的配合方式为间隙配合；

转动调节螺杆的过程中，孔板绕着球体偏转，转接器跟随孔板同步运动；顺时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动并驱动孔板向远离调节座的方向偏转，此时第一弹簧被拉伸；逆时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动且第一弹簧收缩并带动孔板向靠近调节座的方向偏转。

采用这样地技术方案，不仅大幅提高了离轴抛物镜的调节精度，而且能够将离轴抛物镜的镜面调节至任意坐标方位/朝向，还具体方便调节的优点。

为进一步提高对离轴抛物镜的调节精度，并提高其在使用过程中的稳定性，在外环与转动件外壁之间径向设置有弹性部，弹性部一端被限位在外环上，另一端抵靠转动件外壁，且当弹性部未受到外力的情况下，弹性部的弹性元件处于受压状态并抵紧转动件以使转动件被限位。

作为本发明的优选方案，弹性部与转动件外壁之间的接触方式为点接触；弹性部包括径向设置的多个第二弹簧和多个珠体，每个第二弹簧其中一端位于外环的凹槽内、另一端连接珠体，每个珠体抵靠转动件外壁；当珠体受到外力被压后，珠体驱动第二弹簧进一步收缩为转动件让出活动空间；当珠体受到的外力被撤销后，第二弹簧伸长并驱动珠体抵紧转动件。

作为本发明的优选方案，弹性部与转动件外壁之间的接触方式为点接触；弹性部包括径向设置的多个第三弹簧、多个阶台式柱体和多个沉头螺柱，每个第三弹簧位于外环(1)的阶台孔内，每个沉头螺柱通过螺纹配合在阶台孔底部，阶台式柱体的凸沿与阶台孔的阶台配合连接，第三弹簧下端抵靠沉头螺柱、上端抵靠阶台式柱体底端，阶台式柱体顶部呈球面并抵靠转动件外壁、底端呈平面；当阶台式柱体受到外力被压后，阶台式柱体驱动第三弹簧进一步收缩为转动件让出活动空间；当阶台式柱体受到的外力被撤销后，第三弹簧伸长并驱动阶台式柱体抵紧转动件。

作为本发明的优选方案，弹性部与转动件外壁之间的接触方式为面接触；弹性部采用固定在外环内壁的弹力带，当弹力带受到外力被压后，弹力带进一步张开为转动件让出活动空间；当弹力带受到的外力被撤销后，弹力带复位并抵紧转动件。

为更进一步提高离轴抛物镜在使用过程中的稳定性，在径向方向，弹性部位于转动件下半部分，当弹性部未受到外力的情况下，转动件顶部抵靠在外环内壁顶部。

作为本发明的可选方案，在远离离轴抛物镜的转动件端面设置有操作部，在转动件上轴向设置有内凹部，操作部设置在内凹部中部，操作部外端伸出内凹部之外。

为更进一步提高对离轴抛物镜的调节精度，在远离离轴抛物镜的转动件端面设置有连杆，连杆与伺服电机的输出轴相连，伺服电机能够随着转动件同步动作，通过伺服电机控制转动件转动。

基于前述离轴抛物镜组件，本发明提供的使用方法，其步骤包括：

步骤1，将微调机构固定连接在三维调节机构上；

步骤2，将外环固定在微调机构的孔板上，将转动件配装在外环上，将离轴抛物镜固定在转动件上；

步骤3，操作三维调节机构，首次调节离轴抛物镜位置；

步骤4，操作调节螺杆，再次调节离轴抛物镜的位置；

步骤5，转动转动件，进一步调节离轴抛物镜的位置。

进一步地，将转动件配装在外环上，是指先将转动件与伺服电机连接在一起，然后将其整体配装在外环上；步骤5中，转动转动件是指通过伺服电机控制离轴抛物镜的转动角度。

本发明提供的离轴抛物镜及其使用方法，至少具有如下有益效果：

(1)、不仅能够将离轴抛物镜的调节精度控制到微米级，而且能够将离轴抛物镜调节至任意坐标方位/朝向，至少包括三维空间、偏转方向和转动方向的多维度可操作调节；

(2)、使用过程中，离轴抛物镜的灵活性好且稳定性佳，在方便调节的同时消除了安装间隙带来的误差，在对离轴抛物镜调节到位后，不会出现离轴抛物镜的二次移位；

(3)、不仅能够灵活地转动调节离轴抛物镜的角度，可调范围为圆周方向的任意角度，而且能够将离轴抛物镜稳定、方便地安装在调节机构上；

(4)、能够方便、快速地实现离轴抛物镜的转动调节，具有“单次”调节快速定位的优点，在首次调节到位后，后续在360°范围内转动调节离轴抛物镜时就能够确保离轴抛物镜轴线不发生偏移，无需反复调节三维调节机构(支架)，调节工序更为简单、容易。

附图说明

图1是实施例1中离轴抛物镜转接器示意图；

图2是实施例1中离轴抛物镜转接器的外环示意图；

图3是图2的左向示意图；

图4是实施例1中离轴抛物镜转接器的转动件示意图；

图5是图4的左向示意图；

图6是实施例1中离轴抛物镜转接器与离轴抛物镜连接后的示意图；

图7-12是实施例1中离轴抛物镜微调机构的六面视图(依次为主向、后向、左向、右向、俯向、仰向示意图)；

图13是实施例1中离轴抛物镜组件示意图；

图14是实施例2中离轴抛物镜组件示意图；

图15是实施例2中离轴抛物镜组件右向示意图；

图16是实施例2中离轴抛物镜组件的外环与转动件的截面示意图；

图17是图16中a部位放大图；

图18是实施例3中离轴抛物镜组件的外环与转动件的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1

参见说明书附图1至图13所示，一种离轴抛物镜组件，包括三维调节机构和离轴抛物镜3，离轴抛物镜3连接在转接器上，转接器连接在微调机构上，微调机构固定连接在三维调节机构上。

其中，微调机构如图7-图12所示，包括用于套设离轴抛物镜3的孔板42，孔板42上的通孔39和斜孔38用于安装转接器，在孔板42侧方设置有调节座33，调节座33与孔板42之间设有缝隙，在缝隙处设有第一弹簧36和一个球体40，第一弹簧36一端固定连接调节座33、另一端固定连接孔板42，球体40位于靠近调节座33底部的其中一个角落处并被夹装限位，在调节座33上穿设有调节螺杆，调节螺杆的端部抵靠在孔板42侧壁，调节螺杆包括第一调节螺杆37及其旋拧部35和第二调节螺杆41及其旋拧部31，第一调节螺杆37与第二调节螺杆41布置在孔板42的对角处。调节座33上设置有安装孔34用于将其安装在三维调节机构上。第一弹簧36设置有多个，每个第一弹簧36的两端通过安装件43进行固定。

其中，转接器如图1-图6所示，包括转动件2和套设在转动件2上的外环1，外环1固定在微调机构的孔板42上，转动件2其中一端面用于固定连接离轴抛物镜3，且转动件2转动时，离轴抛物镜3随着转动件2同步转动；转动件2与外环1的配合方式为间隙配合；转动件2端面与外环1端面齐平；在远离离轴抛物镜3的转动件2端面设置有操作部26；在转动件2上轴向设置有内凹部27，该内凹部27侧壁构成一个环形凸沿25，操作部26设置在内凹部27中部；操作部26外端伸出内凹部27之外；在转动件2上轴向设置有安装孔22，该安装孔22与离轴抛物镜3的安装孔以及紧固件4相匹配，采用紧固件4将转动件2与离轴抛物镜3固定连接在一起；在外环1内壁设置有阶台一11，在转动件2外壁设置有阶台二21，阶台一11与阶台二21相贴合；在外环1上径向设置有螺孔14，螺孔14与孔板42上的安装孔相匹配，采用紧固件安装在螺孔14和孔板42上的安装孔(即斜孔38)中，以实现将外环1与孔板42固定在一起；在靠近离轴抛物镜3的转动件2端面24上设置有凸起23，凸起23轴线与离轴抛物镜3轴线以及转动件2轴线重合。

转动调节螺杆的过程中，孔板42绕着球体40偏转，转接器跟随孔板42同步运动；顺时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动并驱动孔板42向远离调节座33的方向偏转，此时第一弹簧36被拉伸；逆时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动且第一弹簧36收缩并带动孔板42向靠近调节座33的方向偏转。

本实施例中离轴抛物镜组件的使用方法，其步骤包括：

步骤1，将微调机构固定连接在三维调节机构上；

步骤2，先将外环1安装在微调机构的孔板42上，采用紧固件安装在螺孔14和微调机构上的安装孔中以实现将外环1与微调机构的固定在一起；然后将转动件2插入外环1的空腔13和空腔12中，直到阶台二21贴靠在阶台一11上，此时转动件2的端面与外环1端面齐平，其状态如图1所示；然后将离轴抛物镜3的安装端贴靠在外环1端面，并借助于凸起23对中，接着采用紧固件4将转动件2与离轴抛物镜3固定连接在一起，此时的状态如图6和图13所示。

调节离轴抛物镜3时，可以借助于三维调节机构首次调节离轴抛物镜3在xyz三个维度内的方向和位置，可以操作调节螺杆再次调节离轴抛物镜的位置，可以转动转动件2来进一步调节离轴抛物镜3在圆周方向的角度。

实施例2

参照说明书附图1至图12所示，一种离轴抛物镜组件，包括三维调节机构和离轴抛物镜3，离轴抛物镜3连接在转接器上，转接器连接在微调机构上，微调机构固定连接在三维调节机构上。

其中，微调机构如图7-图12所示，包括用于套设离轴抛物镜3的孔板42，孔板42上的通孔39和斜孔38用于安装转接器，在孔板42侧方设置有调节座33，调节座33与孔板42之间设有缝隙，在缝隙处设有第一弹簧36和一个球体40，第一弹簧36一端固定连接调节座33、另一端固定连接孔板42，球体40位于靠近调节座33底部的其中一个角落处并被夹装限位，在调节座33上穿设有调节螺杆，调节螺杆的端部抵靠在孔板42侧壁，调节螺杆包括第一调节螺杆37及其旋拧部35和第二调节螺杆41及其旋拧部31，第一调节螺杆37与第二调节螺杆41布置在孔板42的对角处。调节座33上设置有安装孔34用于将其安装在三维调节机构上。第一弹簧36设置有多个，每个第一弹簧36的两端通过安装件43进行固定。

其中，转接器参照图1-图6所示，包括转动件2和套设在转动件2上的外环1，外环1固定在微调机构的孔板42上，转动件2其中一端面用于固定连接离轴抛物镜3，且转动件2转动时，离轴抛物镜3随着转动件2同步转动；转动件2与外环1的配合方式为间隙配合；转动件2端面与外环1端面齐平；在远离离轴抛物镜3的转动件2端面设置有操作部26；在转动件2上轴向设置有内凹部27，该内凹部27侧壁构成一个环形凸沿25，操作部26设置在内凹部27中部；操作部26外端伸出内凹部27之外；在转动件2上轴向设置有安装孔22，该安装孔22与离轴抛物镜3的安装孔以及紧固件4相匹配，采用紧固件4将转动件2与离轴抛物镜3固定连接在一起；在外环1内壁设置有阶台一11，在转动件2外壁设置有阶台二21，阶台一11与阶台二21相贴合；在外环1上径向设置有螺孔14，螺孔14与孔板42上的安装孔相匹配；在靠近离轴抛物镜3的转动件2端面24上设置有凸起23，凸起23轴线与离轴抛物镜3轴线以及转动件2轴线重合。

转动调节螺杆的过程中，孔板42绕着球体40偏转，转接器跟随孔板42同步运动；顺时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动并驱动孔板42向远离调节座33的方向偏转，此时第一弹簧36被拉伸；逆时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动且第一弹簧36收缩并带动孔板42向靠近调节座33的方向偏转。

本实施例中，如图16和图17所示，在外环1与转动件2外壁之间径向设置有弹性部，弹性部位于螺孔14所在的径向区域，弹性部一端被限位在外环1上，另一端抵靠转动件2外壁，且当弹性部未受到外力的情况下，弹性部的弹性元件处于受压状态并抵紧转动件2以使转动件2被限位。更具体地：弹性部与转动件2外壁之间的接触方式为点接触；弹性部包括径向设置的多个第三弹簧493、多个阶台式柱体495和多个沉头螺柱491，每个第三弹簧493位于外环1的阶台孔492内，每个沉头螺柱491通过螺纹配合在阶台孔492底部，阶台式柱体495的凸沿494与阶台孔492的阶台配合连接，第三弹簧493下端抵靠沉头螺柱491、上端抵靠阶台式柱体495底端，阶台式柱体495顶部呈球面并抵靠转动件2外壁、底端呈平面；当阶台式柱体495受到外力被压后，阶台式柱体495驱动第三弹簧493进一步收缩为转动件2让出活动空间；当阶台式柱体495受到的外力被撤销后，第三弹簧493伸长并驱动阶台式柱体495抵紧转动件2。

本实施例中，再结合图14和图15所示，在径向方向，弹性部位于转动件2下半部分，当弹性部未受到外力的情况下，转动件2顶部抵靠在外环1内壁顶部。在远离离轴抛物镜3的转动件2端面设置有连杆29，连杆29与伺服电机44的输出轴相连，伺服电机44能够随着转动件2同步动作，通过伺服电机44控制转动件2转动。

本实施例中，阶台式柱体495受到的外力是指伺服电机44转动并借助于转动件2施加给阶台式柱体495的径向力。

本实施例中离轴抛物镜组件的使用方法，其步骤包括：

步骤1，将微调机构固定连接在三维调节机构上；

步骤2，将外环1固定在微调机构的孔板42上(先将转动件2与伺服电机44连接在一起，然后将其整体配装在外环1上)，将转动件2配装在外环1上，将离轴抛物镜3固定在转动件2上；

步骤3，操作三维调节机构，首次调节离轴抛物镜3位置；

步骤4，操作调节螺杆，再次调节离轴抛物镜3的位置；

步骤5，通过伺服电机44控制转动件2转动的角度，进一步调节离轴抛物镜3的位置。

实施例3

参照说明书附图1至图12所示，一种离轴抛物镜组件，包括三维调节机构和离轴抛物镜3，离轴抛物镜3连接在转接器上，转接器连接在微调机构上，微调机构固定连接在三维调节机构上。

其中，微调机构如图7-图12所示，包括用于套设离轴抛物镜3的孔板42，孔板42上的通孔39和斜孔38用于安装转接器，在孔板42侧方设置有调节座33，调节座33与孔板42之间设有缝隙，在缝隙处设有第一弹簧36和一个球体40，第一弹簧36一端固定连接调节座33、另一端固定连接孔板42，球体40位于靠近调节座33底部的其中一个角落处并被夹装限位，在调节座33上穿设有调节螺杆，调节螺杆的端部抵靠在孔板42侧壁，调节螺杆包括第一调节螺杆37及其旋拧部35和第二调节螺杆41及其旋拧部31，第一调节螺杆37与第二调节螺杆41布置在孔板42的对角处。调节座33上设置有安装孔34用于将其安装在三维调节机构上。第一弹簧36设置有多个，每个第一弹簧36的两端通过安装件43进行固定。

其中，转接器参照图1-图6所示，包括转动件2和套设在转动件2上的外环1，外环1固定在微调机构的孔板42上，转动件2其中一端面用于固定连接离轴抛物镜3，且转动件2转动时，离轴抛物镜3随着转动件2同步转动；转动件2与外环1的配合方式为间隙配合；转动件2端面与外环1端面齐平；在远离离轴抛物镜3的转动件2端面设置有操作部26；在转动件2上轴向设置有内凹部27，该内凹部27侧壁构成一个环形凸沿25，操作部26设置在内凹部27中部；操作部26外端伸出内凹部27之外；在转动件2上轴向设置有安装孔22，该安装孔22与离轴抛物镜3的安装孔以及紧固件4相匹配，采用紧固件4将转动件2与离轴抛物镜3固定连接在一起；在外环1内壁设置有阶台一11，在转动件2外壁设置有阶台二21，阶台一11与阶台二21相贴合；在外环1上径向设置有螺孔14，螺孔14与孔板42上的安装孔相匹配；在靠近离轴抛物镜3的转动件2端面24上设置有凸起23，凸起23轴线与离轴抛物镜3轴线以及转动件2轴线重合。

转动调节螺杆的过程中，孔板42绕着球体40偏转，转接器跟随孔板42同步运动；顺时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动并驱动孔板42向远离调节座33的方向偏转，此时第一弹簧36被拉伸；逆时针转动调节螺杆时，调节螺杆轴向移动且第一弹簧36收缩并带动孔板42向靠近调节座33的方向偏转。

本实施例中，再结合图18所示，在外环1与转动件2外壁之间径向设置有弹性部，弹性部一端被限位在外环1上，另一端抵靠转动件2外壁，且当弹性部未受到外力的情况下，弹性部的弹性元件处于受压状态并抵紧转动件2以使转动件2被限位。更具体地：弹性部与转动件2外壁之间的接触方式为点接触；弹性部包括径向设置的多个第二弹簧47和多个珠体45，每个第二弹簧47其中一端位于外环1的凹槽46内、另一端连接珠体45，每个珠体45抵靠转动件2外壁；当珠体45受到外力被压后，珠体45驱动第二弹簧47进一步收缩为转动件2让出活动空间；当珠体45受到的外力被撤销后，第二弹簧47伸长并驱动珠体45抵紧转动件2。

本实施例中离轴抛物镜组件的使用方法，其步骤包括：

步骤1，将微调机构固定连接在三维调节机构上；

步骤2，将外环1固定在微调机构的孔板42上，将转动件2配装在外环1上，将离轴抛物镜3固定在转动件2上；

步骤3，操作三维调节机构，首次调节离轴抛物镜3位置；

步骤4，操作调节螺杆，再次调节离轴抛物镜3的位置；

步骤5，拧动转动件2的角度，进一步调节离轴抛物镜3的位置。

实施例4

一种离轴抛物镜组件，参照实施例2或实施例3，其与实施例2或实施例3的区别在于：弹性部与转动件2外壁之间的接触方式为面接触；弹性部采用固定在外环1内壁的弹力带49，当弹力带49受到外力被压后，弹力带49进一步张开为转动件2让出活动空间；当弹力带49受到的外力被撤销后，弹力带49复位并抵紧转动件2。

采用前述实施例中离轴抛物镜及其使用方法，能够将离轴抛物镜的调节精度控制到微米级，而且能够将离轴抛物镜调节至任意坐标方位/朝向，至少包括三维空间、偏转方向和转动方向的多维度可操作调节；使用过程中，离轴抛物镜的灵活性好且稳定性佳，在方便调节的同时消除了安装间隙带来的误差，在对离轴抛物镜调节到位后，不会出现离轴抛物镜的二次移位(现有的可转动调节式离轴抛物镜经常出现二次移位引起的误差)；不仅能够灵活地转动调节离轴抛物镜的角度，可调范围为圆周方向的任意角度，而且能够将离轴抛物镜稳定、方便地安装在调节机构上；能够方便、快速地实现离轴抛物镜的转动调节，具有“单次”调节快速定位的优点，在首次调节到位后，后续在360°范围内转动调节离轴抛物镜时就能够确保离轴抛物镜轴线不发生偏移，无需反复调节三维调节机构(支架)，调节工序更为简单、容易。