复合立体光学系统安装架

技术领域

本发明属于光学系统搭建技术领域，特别涉及一种复合式光学系统安装架。

背景技术

传统实验室光学搭建模式是在光学平台上，利用光学平台的表面正方形阵列布置的螺孔固定各种光机调节架，按需组合成各种光学系统。该系统搭建方式的缺点是，只有光学平台表面一个基准面，自由度高，搭建时候光路需要大范围调节机构，调节难度高，稳定性也差。上世纪60年代，德国公司提出笼式结构的光学系统，在传统光学平台的基础上，提出利用3根(或4根)细长的导杆,组装各种光学器件,构建光学系统。使用固定导杆固定板(镜架)等,可立体配置光学系统，如图1所示的光学笼式系统。在笼式系统中，光路的行进方向往往跟导杆的方向一致，即导杆充当了另一个光学基准面，由于导杆和装配之间的孔隙配合需要较大公差，同时导杆既作为光学元件的承载体，又作为整个笼式结构的结构件，所以存在一个导向精度差，结构稳定性差，在外力作用下容易发生扭曲变形。同时由于光学元件是通过四个固定孔位，穿到导杆中固定，因此在额外添加其他光学元件时需要局部拆装或全部重组笼式结构，非常不方便。

本发明的申请人在先专利申请，即申请号为ZL201911043079.5名称为“定位块、基于定位块的光学定位系统和方法及功能模组”的发明专利申请中，提出过“一种基于定位块的光学定位系统，其特征在于：包括一个上表面水平的底板，至少一个靠体，若干用于搭载光学功能组件和定位的定位块；靠体与底板固定或不固定，靠体有至少一个平直的定位侧边，定位块包括底面、可用于搭载光学组件的上表面、至少一个定位侧面；定位块的定位侧面可与靠体的定位侧边贴合。”基本思路是利用基准定位块，校准，标准化每一个光学元件，在组件光学系统的时候，利用靠体作为第二个基准面，依次放置所需的光学元件，固定后，靠体可以存在，也可以去掉靠体，而标准定位块可以用于高重复性的定位，也用于基准面的传递，即通过标准大小的定位块的贴靠，将基准面向一定方向以标准尺寸的倍数传递。该方案解决了笼式系统不方便改变和重构光路的缺点，但同时失去了笼式结构方便搭建立体光路的优点。

为克服现有技术的不足，本发明提出一种结合了基于定位块的光学定位系统和笼式系统的复合立体光学系统安装架。

发明内容

以下说明实现本发明的目的的具体技术方案：在申请人的ZL201911043079.5号在先申请中，定位块用于贴靠定位，也用于承载光学元件。本发明中，起承载作用的定位块所承载的不是单一光学元件，而是立体的包含上层光学平台和笼式系统的光学系统安装架。具体来说：

复合立体光学系统安装架，底部有底脚定位块1，通过固定的至少两个垂直架板2架设有至少一层上层光学平台3，至少有一个笼式安装架4水平设置在同一层的垂直架板之间。由于本发明的复合立体光学系统安装架在实际应用中，会放置在一个底层光学平台上，故本发明中的光学平台均称为上层光学平台。

作为优选方案，设定位块的基本单元大小为1×1，各底脚定×位块外周连线形成的矩形尺寸为1×1或1×N或M×N，M和N为正整数。所述的定位块可以是每个垂直架板分别固定于一个底脚定位块，也可以是各垂直架板共用一个整体底脚定位块，底脚定位块可以是板式的也可以是框式的，且可以是矩形也可以是其他形状比如圆形，只要各底脚定位块外周连线形成的矩形尺寸为1×1或1×N或M×N，M和N为正整数。这样其可占据的矩形面积即为1×1或1×N或M×N，可与其他定位块配合实现基准面的传递，其原理在申请人的ZL201911043079.5号在先申请中有介绍。

作为优选方案,所述的同一层垂直架板为对称的两个，各有四个导杆安装孔42，导杆安装孔42内插有四根导杆43，构成笼式安装架4。该方案中，还可增加垂直架板的高度，以设置两层或更多层笼式安装架。

进一步，每个垂直架板2位于四个导杆安装孔42的中间各有通光孔41；上层光学平台3一侧有上层靠体31，沿长度方向有用于通光或贯穿设置其他元器件的贯通槽32。更进一步，上层光学平台3一端长度延伸设有四个导杆安装孔42。

作为优选方案，在至少一层垂直架板间水平方向设有至少两组笼式安装架和两组通光孔，其上层光学平板上有至少两条贯穿槽。

作为优选方案，所述的复合立体光学系统安装架为多层结构，即在第一层上层光学平台上再架一层或多层复合立体光学系统安装架。也可以是除在一对垂直架板顶端设置光学平台外，还在中段增设一层或多层中间层光学平台，形成共用垂直架板的多层结构。

作为优选方案，复合立体光学系统安装架中设有垂直方向的笼式安装架，利用上层光学平台延伸端设置的导杆安装孔，插入导杆，形成垂直方向的笼式安装架。

作为优选方案，复合立体光学系统安装架中设有垂直方向的笼式安装架，导杆穿过上层光学平台的贯穿槽并结合导杆安装板44设置垂直方向的笼式安装架。

作为优选方案，提供一种所述的框式底脚定位块的结构。当复合立体光学系统安装架有两个底脚定位块时，由于装配误差，两个底脚定位块的同侧边可能不在同一直线上，这会影响定位的基准传递的准确性。本发明提供一种框式底脚定位块，消除这种装配误差。包括外框和内脚板，外框外尺寸为1×1或1×N或M×N的矩形，其内间隙配合套有固定垂直架板的内脚板，外框四壁的厚度方向各有凹槽与内脚板四边的定位顶杆间隙配合，长宽方向定位顶杆的端点的距离分别与外框的长宽相等。这样在与定位块配合定位时，各定位顶杆分别相邻定位块抵触实现定位，而外框由于与内脚板间隙配合，在相邻定位块的外力下可校正装配误差准确进行基准传递。

总之，本发明的复合立体光学系统安装架，在空间上可以根据光路的需要灵活设置，可以在宽度和高度方向自由延伸，使其包含任意宽度和任意层数的光学平台，并任意设置水平和垂直的笼式安装架。

本发明的复合立体光学系统安装架中既有光学平台，又有笼式安装架。故既可以采用多种方式，在笼式系统中任意增加各种光学元件；又可以在光学平台上增加所需的光学调整架，通过转接件，将光学元件任意置于笼式结构的任意位置，并可以通过光学平台上的光学调整架对该光学元件进行调节。

本发明的复合立体光学系统安装架通过其底脚固定块，采用ZL201911043079.5号专利申请的方式在底层光学平台上实现定位，并可由多个复合立体光学系统安装架定位组合实现复杂的光路系统。即，以一个本发明的复合立体光学系统安装架架设的光学系统为一个子光学系统，多个子光学系统构成更大的复杂的光学系统。这样就可以将子系统作为模块，方便地搭建和修改光学系统。

本发明的复合立体光学系统安装架有如下优点：

1.复合立体光学系统安装架的光学平台的上部或者下部，可以穿插安装笼式系统的导杆，笼式系统仅仅用于光学元件的装配，整个安装架的结构由多层光学基准平台加固，整个系统更加稳定，克服了传统笼式安装架容易扭曲的缺陷。

2.光学基准平台上可以增加各种调节机构，通过转角工装，或者托架，给笼式系统任意增加各种光学元件，并可以用过光学基准平台上的调节结构进行高精度调节。

3.可以方便地实现复杂的立体光路的搭建，修改和重构。

附图说明

图1是现有技术的光学笼式系统；

图2a和图2b是本发明实施例1的示意图；

图3至图5是本发明实施例2的示意图；

图6至图8是本发明实施例3的示意图；

图9是本发明实施例4的示意图；

图10是本发明实施例5的示意图；

图11是本发明实施例6的示意图；

图12和图13是利用本发明的复合立体光学系统安装架，架设光路的示例；

图14是本发明第一种底脚定位块结构和定位方式的示意图；

图15是本发明第二种底脚定位块结构和定位方式的示意图；

图16至图18是本发明第三种底脚定位块结构和定位方式的示意图；

图19是本发明第四种底脚定位块结构和定位方式的示意图。

图中：1-底脚定位块，11-整体式底脚定位块，12-框式底脚定位块，121-外框，122-凹槽，123-内脚板，124-定位顶杆，13-圆形底脚定位块；2-垂直架板；3-上层光学平台，31-上层靠体，32-贯通槽，4-笼式安装架，41-通光孔，42-导杆安装孔，43-导杆，44-导杆安装板；8-底层光学平台，9-底层靠体。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明的实施方式。

实施例1

如图2a所示。本实施例的复合立体光学系统安装架，包括两个底脚定位块1，该两个底脚定位块外周形成的长方形其长宽均为基本单元尺寸的整倍数（图中加虚线标出的矩形及图示的长和宽），两个底脚定位块1对称固定有两个垂直架板2，垂直架板2上固定架设有上层光学平台3。两个垂直架板2上对称各有四个导杆安装孔42，导杆安装孔42内插有四根导杆，构成笼式安装架4。以上结构已构成本发明基本的复合立体光学系统安装架。但在本实施例中还有：每个垂直架板2位于四个导杆安装孔42的中间各有通光孔41；上层光学平台3一侧有上层靠体31，沿长度方向的用于通光或贯穿设置其他元器件的贯通槽32，一端长度延伸设有四个导杆安装孔42。该组导杆安装孔42可用于和延展设置的更上层光学平台配合设置垂直方向的笼式安装架（后续实施例5详细介绍）。

如图b所示。与图2a的区别在于，垂直架板有较高的高度，设置多层笼式安装架。

实施例2

如图3至图5所示。本实施例是实施例1在宽度上的扩展，整体比实施例1更宽，在垂直架板间设有两组笼式安装架和两组通光孔，上层光学平板上有多条贯穿槽。其中图3所示技术方案两侧的底脚定位块和垂直架板均为整体结构，图4所示技术方案两侧的底脚定位块和垂直架板均为分设为两个但靠在一起，图5所示技术方案两侧的底脚定位块和垂直架板均为分设为两个分开并列。根据本实施例的结构还可以扩展为更宽的复合立体光学系统安装架，包含更多组的笼式安装架。

当然，安装架在高度方向上都可以采用如附图2b的方案。

实施例3

如图6至图8所示。本实施例是实施例1在高度方向的扩展，形成多层结构的复合立体光学系统安装架。

图6所示，在实施例1的复合立体光学系统安装架的上层光学平台上再架设一层同样的复合立体光学系统安装架，形成双层结构的复合立体光学系统安装架。

图7所示，则为三层结构的复合立体光学系统安装架。当然，根据架设光路的需要，还可以扩展为更多层的复合立体光学系统安装架。

图8所示，是另一种结构的多层复合立体光学系统安装架。除在一对垂直架板顶端设置光学平台外，还在中段增设一层或多层中间光学平台，形成共用垂直架板的多层结构。

实施例4

如图9所示。本实施例是实施例2和实施例3的结合，即同时在宽度和高度方向扩展的复合立体光学系统安装架。图9中为三层结构的复合立体光学系统安装架，从下向上每层的宽度递减。根据本实施例的结构原理，还可以有不同层数和宽度的组合。

实施例5

如图10所示。本实施例是在实施例3的基础上，利用光学平台延伸端设置的导杆安装孔，插入导杆，形成垂直方向的笼式安装架。当然，垂直方向的笼式安装架也以用同样的方式设置于如实施例4的复合立体光学系统安装架中。

实施例6

如图11所示。本实施例是在实施例3的基础上，导杆穿过上层光学平台的贯穿槽并结合导杆安装板44设置垂直方向的笼式安装架。当然，垂直方向的笼式安装架也以用同样的方式设置于如实施例1、2、4、5的复合立体光学系统安装架中。

利用本发明的复合立体光学系统安装架，架设光路的示例

如图12和图13所示。本发明的复合立体光学系统安装架中既有光学平台，又有笼式安装架。故既可以采用多种方式，在笼式系统中任意增加各种光学元件；又可以在光学平台上增加所需的光学调整架，通过转接件，将光学元件任意置于笼式结构的任意位置，并可以通过光学平台上的光学调整架对该光学元件进行调节。

本发明中底脚定位块的不同结构及定位方式

本发明中复合立体光学系统安装架在底层光学平台中的定位，其方法是本发明申请人在先的ZL201911043079.5号专利申请中技术方案的扩展应用，以下结合本发明的底脚定位块的不同的结构说明其定位方式：

结构1：如图1至图11和各实施例中的底脚定位块，每个垂直架板下端固定一个单一的底脚固定块1。定位方式如图12至图14所示，底层光学平台8上有一个或相互垂直的两个底层靠体9，复合立体光学系统安装架上各单个的底脚定位块的定位边，分别与底层靠体贴合以实现定位。正如ZL201911043079.5号专利申请中的方案，底脚定位块也可以是与底层光学平台中的其他定位块贴合以实现定位。

结构2：如图14，各垂直架板2的下端共同与一个整体式底脚定位块11固定，该种整体式底脚定位块11的优点是容易精确加工控制其大小。整体式底脚定位块11与底层靠体或其他定位块贴合实现定位。底脚定位块11的中段上表面还可兼做光学平台。

结构3：如图16至图18，是框式底脚定位块及定位方式的示意图。当复合立体光学系统安装架有两个底脚定位块时，由于装配误差，两个底脚定位块的同侧边可能不在同一直线上，这会影响定位的基准传递的准确性。本发明提供一种框式底脚定位块12，消除这种装配误差。包括外框121和内脚板123，外框外尺寸为1×1或1×N或M×N的矩形，其内间隙配合套有固定垂直架板2的内脚板123，外框四壁的厚度方向各有凹槽122与内脚板123四边的定位顶杆124间隙配合，长宽方向定位顶杆124的端点的距离分别与外框121的长宽相等。这样在与定位块配合定位时，各定位顶杆分别相邻定位块抵触实现定位，而外框由于与内脚板间隙配合，在相邻定位块的外力下可校正装配误差准确进行基准传递。图16从左至右分别示出了外框121、内脚板123和组装好的框式底脚定位块12。该框式底脚定位块12可实现标准化加式和安装。图17为多个框式底脚定位块12的定位示意图；图18为多个采用了不同尺寸的框式底脚定位块12的复合立体光学系统安装架在复杂光路系统中的定位方式，其中每个复合立体光学系统安装架为一个子系统，多个子系统构成一个复杂系统。

结构4：如上文介绍结构3时所说，当复合立体光学系统安装架有两个底脚定位块时，由于装配误差，两个底脚定位块的同侧边可能不在同一直线上，这会影响定位的基准传递的准确性。然而当底脚定位块的定位侧边不是直线而是弧线时，则可克服这一缺陷。故可采用圆形或椭圆形，其与靠体或定位块定位时，起限位作用的是长和宽方向与靠体或定位块相切的位置。故只要各底脚定位块外周连线形成的矩形尺寸为1×1或1×N或M×N，M和N为正整数，即可起到与矩形底脚定位块一样的限位作用。当然，该种圆形或椭圆形底脚定位块，不必是完整的圆形或椭圆形，其不作定位作用的内侧可以切成平面。圆形底脚定位块及定位方式，如图19所示。

本发明将光学平台与笼式安装架结合，实现可多光学平台多笼式安装架扩展的复合立体光学系统安装架，并利用了定位块结构实现快速定位和光路重构。