Как выбрать регулируемый держатель оптики?
В сегодняшнем материале мы расскажем о том как выбрать регулируемый держатель оптики на примере держателей EV (КНР) – надежного производителя оптических столов и оптомеханики, зарекомендовавшего себя среди сотен пользователей в лабораториях России и стран ЕАЭС с 1999 года.
Регулируемый держатель оптики также известный как держатель зеркал, держатель ирисовых диафрагм является важной частью оптомеханических систем, предназначен для установки, фиксации и регулировки различных оптических компонентов.
Конструкция регулируемого держателя оптики обычно включает в себя: неподвижную пластину, подвижную пластину, приводной механизм (резьбовую пару), возвратный механизм (пружину), блокирующий механизм.
В линейке продукции EV представлен большой ассортимент разнообразных регулируемых держателей оптики для разных задач (полный каталог можно посмотреть здесь). Выбор держателя может занять много времени, чтобы ускорить процесс подбора, рекомендуем определить:
- Параметры оптических компонентов: тип, форму, размеры и др.
- Требованиях к типу регулировки. Например, линзы обычно не нуждаются в регулировке угла наклона и рысканья, но держатель зеркала или светоделителя должен иметь эту функцию; а для таких компонентов, как волновые пластины и поляризаторы, самые основные требования к использованию - вращение вокруг центра оптической оси.
- Высоту оптической оси – это важно при подборе аксессуаров: стержней, держателей стержней, плит и др.
Фиксация оптических компонентов
Основные типы фиксации показаны на Рисунке 1.
Рис. 1. С верхней фиксацией, с прижимными кольцами, с нейлоновым шариком
Для круглой оптики мы обычно рекомендуем подбирать тип фиксации исходя из толщины оптики:
- При толщине оптического элемента менее 2,5 мм рекомендуется использовать прижимное кольцо (см. рис. 2а); при толщине оптического элемента менее 1 мм используйте прокладочное кольцо (см. рис. 2b) для защиты.
- Когда толщина оптического элемента составляет 2,5 ~ 5 мм, в основном можно использовать держатель с прижимным кольцом или регулируемый держатель с верхней фиксацией элемента.
- Если толщина оптических компонентов превышает 5 мм, в большинстве случаев для крепления используются держатели с верхней фиксацией элемента (см. рис. 2c).
- Если оптика слишком толстая, необходимо рассмотреть возможность использования специального механизма или крепления.
Рис. 2. Элементы для фиксации оптики в держателях
Для квадратных и листовых оптических элементов используются держатели, показанные на Рисунке 3:
Рис. 3. а. Держатель фильтров NF25.4, б. Регулируемый держатель цилиндрических линз OMLH-Z
Держатели для кубических, цилиндрических и других форм оптики представлены на Рисунке 4:
Рис. 4. а. Кинематический держатель призм NPM-30, б. V-образный кинематический держатель оптики NCC20, в. V-образный кинематический держатель оптики NCM20
О регулировке оптики
- Оси перемещения X, Y, Z.
- Оси вращения: наклон (θx), рыскание (θy) и вращение (θz).
Рис. 5. Оси перемещения оптики
Механизм регулировки
Механизм регулировки тангажа и рыскания обычно делится на два типа: один называется некомпланарной регулировкой, а другой называется компланарной регулировкой (или универсальной регулировкой).
В некомпланарном механизме юстировки держателя оптической юстировки оси вращения вокруг тангажа и рыскания пересекаются в одном углу (обычно там, где находится стальной шарик), а стальной шарик и набор резьбовых пар составляют одну ось вращения, который регулирует другую ось. Когда резьбовая пара установлена, это эквивалентно вращению передней панели (подвижной пластины) регулировочной рамы вокруг этой оси (см. рис. 6а).
Рис. 6. а. Изображение механизма некомпланарной регулировки,
б. Изображение компланарного (универсального) механизма регулировки
Копланарная регулировка означает, что ось вращения вокруг тангажа и рыскания ортогональна центру оптического элемента, так что центральное положение оптического элемента не изменится при регулировке (см. рис. 6б).
С конструктивной точки зрения универсальный механизм регулировки кажется более удобным при регулировке оптического пути (см. рис. 7), но на самом деле, если универсальный механизм регулировки хочет воспользоваться тем свойством, что оптическая ось не смещается в положении есть важное условие: центральное положение светового пятна должно совпадать с центром плоскости регулируемого держателя. То есть мы должны предъявлять жесткие требования к толщине линзы, положению светового пятна, чтобы можно было добиться универсальной регулировки. Кроме того, физический размер конструкции держателя для универсальной регулировки велик, поэтому он часто используется в крупногабаритных регулировочных держателях оптических компонентов, таких как держатели серии NMVG от EV. Оптические компоненты обычного размера настраиваются в виде «некомпланарного механизма регулировки».
Рис. 7. Сравнение некомпланарных и копланарных (карданных) креплений
В некомпланарном механизме регулировки для ограничения смещения в направлении других степеней свободы обычно используются конструктивные структуры «точка-линия-плоскость» и «линия-линия-линия» (см. Рисунок 8):
Рис. 8. а. Структура «точка-линия-плоскость», б. структура «линия-линия-линия»
Структура «линия-линия-линия» заключается в том, что три стальных шарика контактируют с V-образными канавками соответственно (см. рис. 8б), что позволяет лучше ограничить степени свободы, не требующие регулировки, и обеспечить точность регулировки на необходимые степени свободы. Анализ этой структуры выглядит следующим образом:
- Контакты в позициях 1 и положении 2 работают вместе, ограничивая движение XYZ по трем степеням свободы, в то время как ограничивают шаг (θx) и вращение (θz) двумя вращательными степенями свободы.
- Контакты в позициях 3 и 2 работают одновременно, ограничивая движение по трем степеням свободы по осям XYZ, ограничивая при этом две вращательные степени свободы по рысканью (θy) и вращению (θz).
Чувствительность оптического держателя
Подобно разрешению моторизованных позиционеров или чувствительности позиционеров с ручным управлением, в оптических креплениях есть такой параметр как чувствительность. Объединив описанную выше структуру регулируемого держателя оптики и концепцию чувствительности пары винтов, представленную в позиционере с ручной регулировкой, мы можем приблизительно рассчитать чувствительность регулируемого держателя оптики (см. рис. 9):
Рис. 9 Чувствительность держателя оптики
Если чувствительность винтов составляет 2,5, взяв в качестве примера держатели оптики серии OMHS20 и радиус вращения 37 мм, мы можем рассчитать чувствительность держателя: θ=arctg(2,5 мкм/37 мм) ≈ 0,00387°≈ 0,23′≈ 13,9″.
Некоторые производители устанавливают очень высокий индекс чувствительности регулируемых держателей оптики, поэтому обратите на это особое внимание. Например, производитель заявляет, что чувствительность определенного держателя составляет 3,8″, что, как известно, является показателем при повороте винта на 1°, но мы указали в подробном:
- Чувствительность руки человека к углу невысока, и в качестве эталона измерения следует использовать длину дуги.
- Для винта диаметром 10 мм длина дуги, соответствующая повороту на 1°, составляет 0,087 мм, что невозможно точно выполнить руками человека.
Основные компоненты регулируемых держателей оптики
Как было упомянуто в начале статьи, в конструкции регулируемый держатель оптики обычно включает в себя: неподвижную пластину, подвижную пластину, приводной механизм (резьбовую пару), возвратный механизм (пружину), блокирующий механизм.
Возвратный механизм
Он обычно состоит из пружин, а именно: тарельчатые пружины, пружины растяжения, пружины сжатия и т. д. (см. рис. 10):
Рис. 10. Основные виды пружин: тарельчатые пружины, пружины растяжения, пружины сжатия
Дисковые пружины обычно образуются путем объединения и наложения нескольких групп дискообразных язычков. Тарельчатые пружины имеют характеристики малой деформации и высокой эластичности. Однако, если они перегружены во время использования, они становятся подвержены деформации и разрушению, а в процессе сжатия распределение упругой силы обычно представляет собой параболическую кривую. Изменения или «скачки» в определенной степени повлияют на использование регулируемого держателя, поэтому они редко используется в новых регулируемых держателях от EV.
Блокировка положения
Достигается за счет фиксации положения винтов: по направлению движения (аксиальное) и перпендикулярно направлению движения (радиальное). В основном блокировка осуществляется затягиванием резьбовой пары (см. Рис.10).
Рис. 10. Винты блокировки положения
Заключение
Надеемся, что подготовленный материл внес ясность в представление о различных механизмах регулировки оптики. Мы постарались привести живые примеры на регулируемых держателях от EV, с полным каталогом можно ознакомиться здесь.
Компания «Специальные Системы. Фотоника» является эксклюзивным дистрибьютором компании EV и оказывает техническую поддержку по всей линейке продукции EV на территории России и ЕАЭС.
Вы можете получить любую дополнительную информацию о продукции EV и техническую консультацию, обратившись к специалистам нашей компании.
