一文带你用好笼式反射镜架
文摘
2024-10-29 11:58
江苏
光学系统中的每个光学元件都离不开光学机械固定，光学机械的产品历史已经接近1000年了！所以任何固定光学元件的产品，都是光学调整架。光学调整架经过几百年的发展历程，根据用户需求的不同，产生了多种多样的规格类型。目前市场上能提供相关产品的国内外厂家众多，但基本都是支杆式结构。使用这种结构在搭建光学系统时，由于每个器件都是独立的，所以需要调节所有器件的光轴高度、俯仰角度、位置等等，较为繁琐。相比之下，笼式结构搭建的光学系统要简单且稳定。![]()
在使用笼式结构搭建系统时，我们经常会看到图1中的这种类型的器件，整体外形呈三角形，在斜面上的三个角落分别有螺丝或是顶丝。使用过的人应该都比较熟悉了，这就是一个安装反射镜的光学调整架，它是笼式结构中的一个重要器件。根据该器件的特性也有人用来安装二向色镜和分光镜。那么有多少人真正知道这个器件上三个螺丝的功能呢？又有多少人知道在何时该去调节那些旋钮呢？ 由于该器件的重要性，有同轴笼式结构器件的厂家都有标准产品，但是结构安装固定上均有自己的特色。今天就以锐光凯奇的标准产品--直角转折俯仰角调节架作为例子来分享一下该类型器件的使用技巧和选型方式，以便帮助大家更加灵活地用好这类器件。![]()
笼式结构的出现为光学系统提供了光轴基准，笼式系统中的元件利用机械加工的精度，保证了同轴。因为笼式结构中每个器件都是设计有间距统一（16mm、30mm或60mm）的孔位，所以可以通过笼杆连接为一体。换句话说，每个器件的光轴位置是确定的，这些光轴均与装卡器件的机械中心重合。反射镜架作为笼式结构的重要成员之一，也有相同的特征。![]()
直角转折俯仰角调节架主要是由镜体、装卡板和调节旋钮三部分组成。镜体的作用是连接固定笼杆，使反射镜架与其他光机械零件固定为一体；装卡板的作用是夹持并固定反射镜；调节旋钮的作用是调整反射镜面的俯仰角和位置。 反射镜作为转折光路的重要器件，其反射面的准确程度决定了光束反射后的方向。如果将反射镜架设置为不可调节的类型，那么在实际使用时会受到很多的限制，因为反射镜和反射镜架的加工过程都会存在尺寸误差，在反射镜的装卡过程会也有装配误差，这些误差的叠加将会使反射镜面发生偏移，反射后的光线将不再沿着机械轴心传播，所以可调节的反射镜架将是更好的选择。 可调节反射镜架共设置有三个调节旋钮，可实现的功能有反射镜面的二维俯仰角调节和反射镜面平移调节。具体操作如下：在光学系统中，反射镜的功能通常是将光束进行转折。在笼式结构中，由于器件结构的设计，反射光束转折的角度通常为90°。根据反射定律，要实现90°转折则需要入射光束与反射镜面法线的夹角为45°。然而由于存在误差，装入的镜面会有额外的角度偏移，这时需要对镜面进行为补偿。图5 反射光束的角度偏移（不同颜色代表不同镜面的偏转情况）出射光束经反射镜后会存在不同情况的出射光束偏移，通过旋钮的组合调节可以将光束矫正至笼式机械结构的中心。直角转折俯仰角调节架进行二维俯仰角调节时，两个手拧微分旋钮分别作为俯仰维度的调节机构。当进行如图6中的俯仰角调节时，手拧螺纹副_2与固定旋钮这两个器件和镜体接触点的连线将作为镜片转轴，转动手拧螺纹副_1可沿着转轴旋转调节镜片的俯仰角度，矫正出射光束位置。进行图7方式二的俯仰角调节时，镜片转轴将变为手拧螺纹副_1与固定旋钮这两个器件和镜体接触点的连线，转动手拧螺纹副_2可沿着转轴旋转调节镜片的俯仰角度，矫正出射光束位置。另一种镜面偏移的情况是：反射镜虽与光束的角度是45°，但是其位置相对于最佳位置有平移，这种情况虽然达到了将光束转折90°的功能，但是被反射后的光轴会发生偏移，导致光反射后的光束光轴与器件的光轴不重合。图8 反射光束的水平偏移（不同颜色代表不同的镜面偏转情况）当发生这种情况时，可以通过将三颗旋钮同时同方向并以相同的角度旋转，反射镜面将沿着垂直于镜面的方向进行移动，就可以调整镜面位置，改变光束的光轴偏移情况。在实际搭建调试光学系统时，根据光斑位置的偏移情况灵活使用三个微调旋钮可将光束调节至机械轴中心，减少由于误差带来的额外像差。需要注意的是，微调旋钮的调节行程较小，通常仅用于补偿器件微小误差，切勿暴力使用。若发现光束偏离角度很大，需检查调整前方器件。直角转折俯仰角调节架通常设置有两种装卡平面镜的规格，分别为装卡圆形平面镜和装卡椭圆镜两种类型，可根据需要的光斑直径来进行选型。以30mm笼式结构为例，通常该结构有效通光口径为24mm，平面反射镜由于是45°放置，所以转折后将会对镜面进行投影，24mm的圆形光斑经平面反射镜后将会变为长轴24mm、短轴17mm的椭圆型光斑，而经椭圆反射镜后依然为24mm的圆形光斑。若需要光斑尺寸小于17mm，则可以选择圆形的平面反射镜和反射镜架，若需要更大的光斑则选择椭圆形的平面反射镜和反射镜架。 ![]()
温馨提示：该器件专为平面反射镜量身定做的，虽然可以用来装卡分光分色器件，但是由于装卡板存在一定的装卡深度，当45°放置时，透射光的有效投影面积将会很小且成椭圆形，有通光口径限制的需选择合适安装器件。
