RU2727320C1 - Holder for fastening of large-size element of optical-mechanical installation (versions) - Google Patents
Holder for fastening of large-size element of optical-mechanical installation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727320C1 RU2727320C1 RU2019136286A RU2019136286A RU2727320C1 RU 2727320 C1 RU2727320 C1 RU 2727320C1 RU 2019136286 A RU2019136286 A RU 2019136286A RU 2019136286 A RU2019136286 A RU 2019136286A RU 2727320 C1 RU2727320 C1 RU 2727320C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical element
- optical
- frame
- groove
- support frame
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
- G02B7/183—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors specially adapted for very large mirrors, e.g. for astronomy, or solar concentrators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lens Barrels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для крепления оптических элементов в оправы, например, линз многоканальных лазерных установок.The invention relates to the field of laser technology and can be used for mounting optical elements in frames, for example, lenses of multichannel laser systems.
Решение задачи формирования лазерного излучения на многоканальных лазерных установках проблематично в силу их сложности, большого количества крупногабаритных оптических элементов и протяженности оптического тракта. Вносимые оптическими элементами в оптический тракт погрешности должны быть минимизированы, для повышения эффективности лазерной установки.The solution of the problem of the formation of laser radiation on multichannel laser systems is problematic due to their complexity, a large number of large-size optical elements, and the length of the optical path. The errors introduced by the optical elements into the optical path should be minimized in order to increase the efficiency of the laser installation.
Выполнение требований по минимизации искажений, и надежности в работе существенно усложняется в случае применения в сложных, многоэлементных, многоканальных установках, где на способ крепления и конструкцию узлов крепления и юстировки оптических элементов дополнительно накладываются ограничения, связанные со сложностью и плотностью монтажа элементов системы транспортировки лазерного излучения, их расположения в вакууме, или внутри герметизированных световодов, в чистой, обеспыленной среде, в среде инертного газа, а также с необходимостью периодического обслуживания и замены оптических элементов при длительной, многолетней эксплуатации.Fulfillment of the requirements for minimizing distortions and reliability in operation is significantly complicated in the case of use in complex, multi-element, multichannel installations, where the method of fastening and the design of attachment points and alignment of optical elements is additionally imposed by restrictions associated with the complexity and density of installation of elements of the laser radiation transportation system , their location in a vacuum, or inside sealed optical fibers, in a clean, dust-free environment, in an inert gas environment, as well as with the need for periodic maintenance and replacement of optical elements during long-term, long-term operation.
В настоящее время создание простых и надежных оправ для крепления крупногабаритных оптических элементов, таких как линзы и зеркала, предназначенных для работы в составе мощных многоканальных лазерных установок, является актуальной и сложной инженерной задачей, решаемой во многих странах: США, Франция, Китай и т.д.Currently, the creation of simple and reliable frames for attaching large optical elements, such as lenses and mirrors, designed to operate as part of high-power multichannel laser systems, is an urgent and complex engineering problem solved in many countries: USA, France, China, etc. etc.
Известны оправы для крепления оптических элементов оптико-механического прибора. Такие конструкции предусматривают фиксацию оптических элементов фланцами оправы, для герметизации применяют резиновые или пластиковые прокладки или уплотняющую замазку, в том числе и герметик (см. «Справочник конструктора оптико-механических приборов» под ред. В.А. Панова, Ленинград «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1980, с. 301-302, рис 5.37 а, б, г, д, ж).Known frames for attaching optical elements of an optical-mechanical device. Such designs provide for the fixation of optical elements with the flanges of the frame, rubber or plastic gaskets or a sealing putty, including a sealant, are used for sealing (see "Handbook of the designer of optical-mechanical devices" edited by V.A. Panov, Leningrad "Engineering" Leningradskoe department, 1980, p. 301-302, Fig. 5.37 a, b, d, e, g).
Для герметизации оптических элементов используются также уплотнения с металлическими (индиевыми) прокладками (см. «Вакуумная Техника: Справочник» Фролов Е.С., под общей ред. Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева. М. «Машиностроение» 1992 г., с. 123, рис. 5.2.1б).To seal the optical elements, seals with metal (indium) gaskets are also used (see "Vacuum Technique: Handbook" ES Frolov, under the general editorship of ES Frolov, VE Minaichev. M. "Mechanical Engineering" 1992 g., p. 123, fig.5.2.1b).
Известные конструкции оправ с уплотняющими прокладками как металлическими, так и неметаллическими, пригодны для малогабаритных линз, деформация которых под воздействием механических нагрузок незначительна и не приводит к сильным оптическим искажениям.The known designs of frames with sealing gaskets, both metallic and non-metallic, are suitable for small-sized lenses, the deformation of which under the influence of mechanical loads is insignificant and does not lead to strong optical distortions.
Герметики или клеи пригодны для уплотнения оптических элементов, имеющих достаточно большие размеры, но при этом замена оптического элемента, например, для его переполировки и восстановления оптического покрытия сопряжена со значительными трудностями при извлечении его из оправы и очистки от остатков клея или герметика. Разрушение вклеенного оптического элемента, сколы и трещины, при демонтаже - частая причина, приводящая его в полную негодность. Стоимость крупногабаритных оптических элементов велика, а стойкость и срок службы оптических покрытий недостаточны, особенно в условиях вакуума. За многолетний срок службы восстанавливать оптические покрытия крупногабаритных оптических элементов придется неоднократно, что значительно ухудшает ремонтопригодность многоканальной физической установки при проблемах с демонтажем оптических элементов.Sealants or adhesives are suitable for sealing optical elements having sufficiently large dimensions, but at the same time replacing the optical element, for example, for repolishing it and restoring the optical coating, is fraught with significant difficulties in removing it from the frame and cleaning it from glue or sealant residues. Destruction of a glued-in optical element, chips and cracks during dismantling is a common reason that makes it completely unusable. The cost of large optical elements is high, and the durability and service life of optical coatings is insufficient, especially under vacuum conditions. Over a long service life, the optical coatings of large optical elements will have to be restored repeatedly, which significantly impairs the maintainability of a multichannel physical installation in the event of problems with dismantling the optical elements.
Известна конструкция оправы зеркала оптического телескопа - см. патент RU 2498361 «Система разгрузки зеркала оптического телескопа» (публик. 10.11.2013). Зеркало в оправе располагается на механической радиальной и пневмомеханической осевой разгрузках. Манжета герметизирует объем между задней поверхностью зеркала и оправой. Боковая поверхность зеркала прижимается составляющей силы его тяжести к радиальным опорам через ряд витков эластичного цилиндрического шнура, охватывающих боковую поверхность зеркала поверх манжеты. Прижим зеркала к опорам осевой разгрузки осуществляют путем уменьшения давления в герметичном объеме между задней поверхностью зеркала и оправой с помощью косинусного механизма таким образом, что сила давления зеркала на осевые опоры всегда равна силе его тяжести. Легкое скольжение зеркала в осевом направлении в той же оправе обеспечено витками эластичного шнура между оправой и зеркалом. Витки скручиваются при скольжении зеркала. Дополнительно шнур уплотняет герметизирующую манжету, прикрепленную к зеркалу. Другой стороной манжета прикрепляется к оправе через кольцо, которое очень близко подходит к зеркалу, оставляя минимальный зазор для работы осевой разгрузки. Манжета при таком зазоре практически не деформирует зеркало через боковую поверхность из-за разности давлений воздуха в камере и снаружи. Давление в камере поддерживается ниже атмосферного на величину от 30 до 60 мм рт. ст. Система разгрузки может быть подключена к герметичной трубе вакуумного телескопа как к «источнику вакуума» или к отдельному насосу. Система разгрузки по патенту RU 2498361 обеспечивает «мягкое» закрепление крупногабаритного зеркала при его требуемых перемещениях и поворотах в пространстве и малых деформациях самого оптического элемента.The design of the frame of the mirror of an optical telescope is known - see patent RU 2498361 "System for unloading the mirror of an optical telescope" (published 10.11.2013). The mirror in the frame is located on mechanical radial and pneumatic axial unloading. The cuff seals the volume between the back of the mirror and the frame. The side surface of the mirror is pressed by the component of its gravity to the radial supports through a series of turns of an elastic cylindrical cord covering the side surface of the mirror over the cuff. The mirror is pressed against the axial unloading supports by decreasing the pressure in the sealed volume between the rear surface of the mirror and the frame using a cosine mechanism in such a way that the pressure force of the mirror on the axial supports is always equal to its gravity. Easy sliding of the mirror in the axial direction in the same frame is provided by turns of an elastic cord between the frame and the mirror. The coils twist when the mirror slides. Additionally, the cord seals the sealing sleeve attached to the mirror. The other side of the cuff is attached to the frame through a ring that comes very close to the mirror, leaving minimal clearance for axial relief. With such a gap, the cuff practically does not deform the mirror through the side surface due to the difference in air pressures in the chamber and outside. The pressure in the chamber is maintained below atmospheric by 30 to 60 mm Hg. Art. The unloading system can be connected to the sealed tube of the vacuum telescope as a “vacuum source” or to a separate pump. The unloading system according to patent RU 2498361 provides "soft" fastening of a large-sized mirror during its required movements and turns in space and small deformations of the optical element itself.
Однако данная оправа предназначена только для закрепления «глухого» зеркала. Пространство за оптическим элементом занято элементами конструкции, не обеспечивается надежная фиксация зеркала в пространстве, оно имеет возможность перемещаться как вдоль, так и поперек оси. Кроме того, конструкция имеет большие габариты, вес и сложность, что исключает применение в многоканальных, многокаскадных оптических системах. Конструкция не имеет ни линейной, ни угловой юстировки оптического элемента, предназначена только для зеркал и не герметична при большом перепаде давления.However, this frame is only intended for securing a "dull" mirror. The space behind the optical element is occupied by structural elements, reliable fixation of the mirror in space is not ensured, it has the ability to move both along and across the axis. In addition, the design has large dimensions, weight and complexity, which excludes the use in multichannel, multistage optical systems. The design has neither linear nor angular alignment of the optical element, it is intended only for mirrors and is not hermetically sealed at a large pressure drop.
Известна конструкция герметизированной оправы для закрепления оптического элемента - защитного стекла См. «Справочник конструктора оптико-механических приборов». Под ред. В.А. Панова. Ленинград «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1980 г, с. 301, рис. а). Оправа для закрепления защитного стекла включает прижимную рамку, набор крепежных элементов и опорную рамку, которая одной из торцовых поверхностей прилегает к поверхности оптического элемента и в ней, в этой зоне, выполнена канавка под размещение уплотняющей прокладки. Защитное стекло закреплено в опорной рамке с помощью прижимной рамки и винтов, расположенных по всему периметру оптического элемента. Для герметизации защитного стекла использованы резиновые уплотняющие прокладки. Данная конструкция выбрана в качестве ближайшего аналога.The known design of a sealed frame for fixing an optical element - protective glass See "Handbook of the designer of optical-mechanical devices". Ed. V.A. Panova. Leningrad "Mechanical Engineering" Leningrad Branch, 1980, p. 301, fig. and). The frame for securing the protective glass includes a clamping frame, a set of fasteners and a support frame, which one of the end surfaces adjoins the surface of the optical element and in it, in this area, a groove is made for placing a sealing gasket. The protective glass is fixed in the support frame by means of a clamping frame and screws located along the entire perimeter of the optical element. To seal the protective glass, rubber gaskets are used. This design is chosen as the closest analogue.
Конструкция может быть использована для закрепления крупногабаритных оптических элементов при невысоких требованиях к оптическим характеристикам и (или) при небольшом перепаде давления (нагрузки) на оптическом элементе.The design can be used to secure large-size optical elements with low requirements for optical characteristics and (or) with a small pressure (load) drop across the optical element.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение восприимчивости оптического элемента к внешним воздействиям, как при монтаже, так и при эксплуатации (снижение механических деформаций оптического элемента), тем самым, повышение качественных характеристик оптического тракта всей установки. Дополнительным техническим результатом является простота и надежность конструкции, возможность изготовления на универсальном оборудовании, невысокая стоимость изготовления, а также легкость монтажа и ремонтопригодность.The technical result of the claimed invention is to reduce the susceptibility of the optical element to external influences, both during installation and during operation (reduction of mechanical deformations of the optical element), thereby increasing the quality characteristics of the optical path of the entire installation. An additional technical result is the simplicity and reliability of the design, the possibility of manufacturing on universal equipment, low manufacturing cost, as well as ease of installation and maintainability.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции правы для крепления крупногабаритного оптического элемента оптико-механической установки, включающей прижимную рамку, набор крепежных элементов и опорную рамку, которая одной из торцовых поверхностей прилегает к поверхности оптического элемента и в ней, в этой зоне, выполнена канавка под размещение уплотняющей прокладки, новым является то, что канавка опорной рамки под размещение уплотняющей прокладки по всей протяженности выполнена с изменяющимся профилем, форма которого выбрана в зависимости от формы поверхности оптического элемента в зоне контакта с уплотняющей прокладкой, а глубина рассчитана из условия минимизации механических напряжений в оптическом элементе с учетом его нагружения, оправа дополнительно снабжена узлом регулировки положения оптического элемента вдоль оптической оси, который расположен со стороны опорной рамки и выполнен в виде обечайки с фланцем, высота которой подобрана, исходя из месторасположения оптического элемента, во фланце выполнена уплотнительная канавка или место под уплотнение и отверстия для подсоединения оптического элемента вместе с прижимной и опорной рамками к элементу оптико-механической установки, а в качестве крепежных элементов, соединяющих обечайку с опорной рамкой, использованы удлиненные болты, в головках которых выполнена резьба под крепежные элементы прижимной рамки.The specified technical result is achieved due to the fact that the design is right for attaching a large optical element of an optical-mechanical installation, including a clamping frame, a set of fasteners and a support frame, which one of the end surfaces adjoins the surface of the optical element and in it, in this zone , a groove is made for placing a sealing gasket, the new is that the groove of the support frame for placing a sealing gasket along its entire length is made with a changing profile, the shape of which is selected depending on the shape of the surface of the optical element in the contact zone with the sealing gasket, and the depth is calculated from the condition minimizing mechanical stresses in the optical element, taking into account its loading, the frame is additionally equipped with a unit for adjusting the position of the optical element along the optical axis, which is located on the side of the support frame and is made in the form of a shell with a flange, the height of which is selected based on the location the position of the optical element, a sealing groove or a place for a seal and holes for connecting the optical element together with the pressure and support frames to the optical-mechanical installation element are made in the flange, and elongated bolts are used as fasteners connecting the shell with the support frame, in the heads which are threaded for fasteners of the clamping frame.
Указанный технический результат достигается так же за счет того, что в конструкции правы для крепления крупногабаритного оптического элемента оптико-механической установки, включающей прижимную рамку, набор крепежных элементов и опорную рамку, которая одной из торцовых поверхностей прилегает к поверхности оптического элемента и в ней, в этой зоне, выполнена канавка под размещение уплотняющей прокладки, новым является то, что опорная рамка выполнена в виде обечайки с двумя фланцами, высота которой подобрана, исходя из местоположения оптического элемента, канавка под размещение уплотняющей прокладки выполнена во фланце, причем канавка по всей протяженности выполнена с изменяющимся профилем, форма которого выбрана в зависимости от формы поверхности оптического элемента в зоне контакта с уплотняющей прокладкой, а глубина рассчитана из условия минимизации механических напряжений в оптическом элементе с учетом его нагружения, в другом фланце выполнена уплотнительная канавка или место под уплотнение и отверстия для подсоединения оптического элемента вместе с прижимной и опорной рамками к элементу оптико-механической установки.The specified technical result is also achieved due to the fact that the design is right for attaching a large-sized optical element of an optical-mechanical installation, which includes a clamping frame, a set of fasteners and a support frame, which one of the end surfaces adjoins the surface of the optical element and in it, in In this area, a groove is made for the placement of the sealing gasket, new is that the support frame is made in the form of a shell with two flanges, the height of which is selected based on the location of the optical element, the groove for the placement of the sealing gasket is made in the flange, and the groove is made along the entire length with a variable profile, the shape of which is selected depending on the shape of the surface of the optical element in the contact zone with the sealing gasket, and the depth is calculated from the condition of minimizing mechanical stresses in the optical element, taking into account its loading, in the other flange there is a sealing groove or a place for the seal removal and holes for connecting the optical element together with the clamping and support frames to the optical-mechanical installation element.
Выполнение канавки опорной рамки под размещение уплотняющей прокладки по всей протяженности с изменяющимся профилем, форма которого выбрана в зависимости от формы поверхности оптического элемента в зоне контакта с уплотняющей прокладкой, позволяет обеспечить надежное герметичное уплотнение, проходящее по периметру линзы по поверхности сложной формы. При установке линз транспортных и кюветных пространственных фильтров оптико-механической установки в оправы требуется вакуумное уплотнение, поэтому при откачке воздуха из-под оптического элемента, деформация уплотняющей прокладки позволяет оптическому элементу осадиться и встать на рабочее место. Жесткость и сечение прокладки, а также сечение канавки выбираются таким образом, чтобы оптический элемент под нагрузкой не касался оптическими поверхностями металла - опорной рамки, а зазор был минимальным, для увеличения стабильности положения оптического элемента.The groove of the support frame for the placement of the sealing strip along the entire length with a varying profile, the shape of which is selected depending on the shape of the surface of the optical element in the contact zone with the sealing strip, allows to ensure a reliable hermetic seal passing along the perimeter of the lens along the surface of a complex shape. When installing the lenses of transport and cuvette spatial filters of an optical-mechanical installation in the frames, a vacuum seal is required, therefore, when pumping out air from under the optical element, the deformation of the sealing gasket allows the optical element to settle and stand on the workplace. The stiffness and cross-section of the spacer, as well as the cross-section of the groove, are selected so that the optical element under load does not touch the metal optical surfaces - the support frame, and the gap is minimal to increase the stability of the position of the optical element.
Выполнение канавки глубиной, которая рассчитана из условия минимизации механических напряжений в оптическом элементе с учетом его нагружения, позволяет уменьшить внутренние механические напряжения в «нагруженном», например, перепадом давления, крупногабаритном оптическом элементе, в качестве которого может быть зеркало, линза, в том числе двояковыпуклая, и т.д. Варьируя, в первую очередь, глубину и форму канавки на всем ее протяжении, в некоторых пределах можно изменять распределение механических напряжений, и, соответственно, оптимизировать распределение механических напряжений в оптическом элементе.Making a groove with a depth that is calculated from the condition of minimizing mechanical stresses in the optical element, taking into account its loading, makes it possible to reduce internal mechanical stresses in a large-sized optical element that is loaded, for example, by a pressure drop, which can be a mirror, a lens, including biconvex, etc. By varying, first of all, the depth and shape of the groove along its entire length, within certain limits, the distribution of mechanical stresses can be changed, and, accordingly, the distribution of mechanical stresses in the optical element can be optimized.
Включение в конструкцию узла регулировки положения оптического элемента вдоль оптической оси, который расположен со стороны опорной рамки, позволяет обеспечить юстировку оптического элемента - подстройку по фокусу и устранение децентровки линзы.The inclusion in the design of the unit for adjusting the position of the optical element along the optical axis, which is located on the side of the support frame, allows for the adjustment of the optical element - focus adjustment and elimination of lens decentering.
Выполнение узла регулировки в форме обечайки с фланцем (вариант 1) или выполнение опорной рамки в виде обечайки с двумя фланцами (вариант 2), высота которой подобрана, исходя из местоположения оптического элемента, позволяет обеспечить его установку в требуемом положении при монтаже, например, с требуемым фокусным расстоянием, без дополнительных устройств, обеспечивающих ее перемещение.Implementation of the adjustment unit in the form of a shell with a flange (option 1) or the implementation of a support frame in the form of a shell with two flanges (option 2), the height of which is selected based on the location of the optical element, allows its installation in the required position during installation, for example, with the required focal length, without additional devices to ensure its movement.
Выполнение во фланце уплотнительной канавки или места под уплотнение и отверстия для подсоединения оптического элемента вместе с прижимной и опорной рамками к элементу оптико-механической установки, позволяет избежать возникновения напряжений в материале оптического элемента в местах фиксации. При таком способе установки оптического элемента в оправу напряжения, обусловленные размерными факторами, не могут возникнуть в оптических деталях. Кроме того, такая установка позволяет упростить конструкцию крепления, обеспечить его заменяемость и ремонтопригодность, и в итоге, повысить надежность, снизить себестоимость.Making a sealing groove in the flange or a place for a seal and holes for connecting the optical element together with the clamping and support frames to the optical-mechanical installation element allows avoiding the occurrence of stresses in the material of the optical element at the fixing points. With this method of installing the optical element in the frame, stresses caused by dimensional factors cannot arise in the optical parts. In addition, such an installation makes it possible to simplify the design of the fastening, ensure its replaceability and maintainability, and, as a result, increase reliability, and reduce the cost.
Применение в качестве крепежных элементов, соединяющих обечайку с опорной рамкой, удлиненных болтов, в головках которых выполнена резьба под крепежные элементы прижимной рамки, позволяет обеспечить соосное, (болт в болт), расположение крепежа на элементах оправы и исключить появление изгибных напряжений в конструктивных элементах оправы, которые могут привести к дополнительным деформациям оптического элемента.The use of elongated bolts as fasteners connecting the shell with the support frame, in the heads of which a thread is made for the fasteners of the clamping frame, allows to ensure coaxial (bolt to bolt) arrangement of fasteners on the frame elements and eliminate the appearance of bending stresses in the structural elements of the frame which can lead to additional deformations of the optical element.
На фиг. 1 изображен общий вид оправы по варианту 1, на фиг. 2 - разрез по фиг. 1, на фиг. 3 - изображен общий вид оправы по варианту 2, где:FIG. 1 shows a General view of the frame according to
1 - оптический элемент; 2 - прижимная рамка; 3 - опорная рамка; 4 - узел регулировки; 5 - канавка под размещение уплотняющей прокладки; 6 - болты, соединяющие обечайку с опорной рамкой; 7 - болты, фиксирующий прижимную рамку.1 - optical element; 2 - clamping frame; 3 - support frame; 4 - adjustment unit; 5 - groove for the placement of the sealing gasket; 6 - bolts connecting the shell with the support frame; 7 - bolts fixing the clamping frame.
Примером конкретного выполнения заявляемого изобретения может служить оправа для линз пространственных фильтров многоканальной лазерной установки. Линзы кварцевые, имеют в плане «квадратное» сечение, сферические, двояковыпуклые. На линзах нанесено многослойное диэлектрическое просветляющее покрытие. С одной стороны линзы пространственного фильтра - вакуум. Линзы должны быть расположены под заданным углом к оптической оси установки. Линзы собраны в блоки: 2-а элемента по горизонтали и 4-ре по вертикали. Расстояние между центрами линз в блоке задано, и должно быть минимальным. Линзы должны иметь юстировку - продольную по оси, и в двух взаимно перпендикулярных направлениях от оптической оси, для подстройки по фокусу и устранения децентровки линзы.An example of a specific implementation of the claimed invention is a frame for the lens of spatial filters of a multichannel laser system. The lenses are quartz, have a "square" cross-section, spherical, biconvex. The lenses are coated with a multi-layer dielectric antireflection coating. On one side of the spatial filter lens is vacuum. Lenses should be located at a given angle to the optical axis of the installation. Lenses are assembled in blocks: 2 elements horizontally and 4 elements vertically. The distance between the centers of the lenses in the block is set and must be minimal. The lenses must have an alignment - longitudinal along the axis, and in two mutually perpendicular directions from the optical axis, in order to adjust the focus and eliminate lens decentering.
Вариант 1
Конструкция оправы линзы 1 (фиг. 1, 2) по варианту 1 включает прижимную рамку 2, опорную рамку 3, и узла регулировки 4 положения линзы 1 вдоль оптической оси, который расположен со стороны опорной рамки 3 и выполнен в виде обечайки с фланцем, высота, которой задается исходя из измеренного фокусного расстояния линзы. Форма опорной рамки 3 аналогична форме линзы 1, внутренний размер опорной рамки определяет сечение оптического тракта. Торцовая поверхность опорной рамки, прилегающая к линзе, эквидистантна (близка по форме) ее поверхности, и на ней выполнена канавка под размещение уплотняющей прокладки 5. Канавка по всей протяженности выполнена с изменяющимся профилем. Глубина канавки рассчитана из условия минимизации механических напряжений в оптическом элементе с учетом его нагружения. Другой торец опорной рамки выполнен плоским и установлен под заданным углом к оси линзы. Опорная рамка прижата к обечайке с помощью гаек и специальных болтов 6, в головке которых имеются резьбовые отверстия, в которые вкручиваются болты 7, фиксирующие прижимную рамку и, соответственно, линзу от перемещения и выпадения. Во фланце выполнена уплотнительная канавка или место под уплотнение и отверстия для подсоединения линзы вместе с прижимной и опорной рамками к плите транспортного фильтра.The design of the lens frame 1 (Fig. 1, 2) according to
Между прижимной и опорной рамками и линзой, как по боковым граням, так и по сферической поверхности, может быть установлено одна или несколько прокладок, центрирующих линзу и предохраняющих ее от непосредственного контакта с металлом. Фланец обечайки может иметь элементы, облегчающие юстировку в двух взаимно перпендикулярных направлениях на плите транспортного фильтра. Между опорной рамкой и обечайкой могут быть выполнены элементы, обеспечивающие их взаимное центрирование при сборке, например, направляющие штифты или выступающий профиль, который входит в соответствующее гнездо на обечайке или опорной рамке.Between the clamping and support frames and the lens, both along the side faces and along the spherical surface, one or more spacers can be installed to center the lens and protect it from direct contact with metal. The shell flange can have elements that facilitate alignment in two mutually perpendicular directions on the transport filter plate. Between the support frame and the shell, elements can be made that ensure their mutual centering during assembly, for example, guide pins or a protruding profile that fits into a corresponding socket on the shell or support frame.
Болты с наружной и внутренней (в головке болта) резьбой могут быть выполнены из высококачественной стали, высота головки может быть увеличена относительно стандартной.Bolts with external and internal (in the head of the bolt) thread can be made of high quality steel, the head height can be increased relative to the standard.
Оправа может иметь элементы или гнезда для элементов, облегчающих транспортировку и (или) грузоподъемые работы - рым-болты, проушины и т.д. На оправе может быть нанесена маркировка - указывающая величину фокусного расстояния, направление и величину угла наклона линзы относительно оптической оси проходящего луча, величину и направление децентровки линзы. Оправа может быть изготовлена из нержавеющей стали и (или) высокопрочных алюминиевых сплавов или их комбинации.The frame can have elements or slots for elements that facilitate transportation and (or) lifting work - eye bolts, lugs, etc. The frame can be marked with a marking indicating the value of the focal length, the direction and value of the angle of inclination of the lens relative to the optical axis of the transmitted beam, the value and direction of decentering of the lens. The frame can be made of stainless steel and / or high strength aluminum alloys or a combination of both.
Вариант 2
Конструкция оправы линзы 1 (фиг. 3) по варианту 2 включает прижимную рамку 2, набор крепежных элементов и опорную рамку 3, которая одной из торцовых поверхностей прилегает к поверхности линзы 1 и в ней, в этой зоне, выполнена канавка 5 под размещение уплотняющей прокладки. Опорная рамка 3 выполнена в виде обечайки с двумя фланцами, высота которой подобрана, исходя из местоположения оптического элемента. Обечайка совмещает в себе функции опорной рамки и узла регулировки из варианта 1. Канавка под размещение уплотняющей прокладки выполнена во фланце. По форме фланцы аналогичны форме линзы, внутренний размер фланцев определяет сечение оптического тракта. Поверхность фланца, которой он прилегает к линзе эквидистантна (сферическая или близка по форме к поверхности линзы). Канавка 5 по всей протяженности выполнена с изменяющимся профилем, размеры и форма которого предварительно рассчитаны. Форма канавки выбрана в зависимости от формы поверхности линзы в зоне контакта с уплотняющей прокладкой, а глубина - из условия минимизации механических напряжений в линзе с учетом ее нагружения. Линза прижата прижимной рамкой к обечайке с помощью специальных длинных болтов и гаек, расположенных в определенных расчетом местах. Другой фланец обечайки выполнен плоским и установлен под заданным углом к оси линзы. В этом фланце выполнена уплотнительная канавка или место под уплотнение и отверстия для подсоединения линзы вместе с прижимной и опорной рамками к опорной плите.The design of the lens frame 1 (Fig. 3) according to
Заготовка обечайки может быть сварной или отлитой из нержавеющей стали или высокопрочного алюминиевого сплава. Обечайка может быть, как согнута из одного листа и сварена после сгиба, так и изготовлена сваркой из отдельных элементов. Обечайка перед сборкой с прижимной рамкой может быть подвергнута механической обработке. Прижимная рамка и обечайка могут быть подвержены стабилизирующему отжигу, с последующей механической обработкой.The shell blank can be welded or cast from stainless steel or high strength aluminum alloy. The shell can be either bent from one sheet and welded after folding, or made by welding from separate elements. The shell can be machined before being assembled with the clamping frame. The clamping frame and shell can be stabilized annealed, followed by machining.
Между прижимной рамкой, обечайкой и линзой, как по боковым граням, так и по сферической поверхности, может быть установлено одна или несколько прокладок, центрирующих линзу и предохраняющих ее от непосредственного контакта с металлом. Фланец обечайки может иметь элементы, облегчающие юстировку в двух взаимно перпендикулярных направлениях на плите транспортного фильтра.Between the clamping frame, the shell and the lens, both along the side faces and along the spherical surface, one or more spacers can be installed to center the lens and protect it from direct contact with the metal. The shell flange can have elements that facilitate alignment in two mutually perpendicular directions on the transport filter plate.
Между прижимной рамкой и обечайкой могут быть выполнены элементы, обеспечивающие их взаимное центрирование при сборке, например, направляющие штифты или выступающий профиль, который входит в соответствующее гнездо на обечайке или прижимной рамке.Between the clamping frame and the shell, elements can be made that ensure their mutual centering during assembly, for example, guide pins or a protruding profile that fits into the corresponding socket on the shell or the clamping frame.
Оправа может иметь элементы или гнезда для элементов, облегчающих транспортировку и (или) грузоподъемые работы - рым-болты, проушины и т.д. На оправе может быть нанесена маркировка - указывающая величину фокусного расстояния, направление и величину угла наклона линзы относительно оптической оси проходящего луча, величину и направление децентровки линзы. Оправа может быть изготовлена из нержавеющей стали и (или) высокопрочных алюминиевых сплавов или их комбинации.The frame can have elements or slots for elements that facilitate transportation and (or) lifting work - eye bolts, lugs, etc. The frame can be marked with a marking indicating the value of the focal length, the direction and value of the angle of inclination of the lens relative to the optical axis of the transmitted beam, the value and direction of decentering of the lens. The frame can be made of stainless steel and / or high strength aluminum alloys or a combination of both.
Закрепление линзы в оправе включает следующие операции.Attaching the lens to the frame includes the following operations.
Установку опорной рамки в рабочее положение осуществляют на плите вакуумного откачного стенда. Линзу 1 устанавливают на поверхность уплотняющей прокладки, проложенной в канавке 5, выполненной в торце опорной рамки 3 (вариант 1) или фланце (вариант 2) опорной рамки 3 и «слегка» поджимается, для обеспечения герметичности. Откачивается вакуум из-под линзы 1, тем самым обеспечивается ее рабочее механическое нагружение. Уплотняющая прокладка при этом деформируется под действием перепада давлений, а линза 1 осаживается и устанавливается на свое «штатное место». Степень обжатия - деформация прокладки в каждом ее конкретном месте задается усилием нагружения, жесткостью прокладки и ее сечением, а также формой и размерами канавки в которую она уложена. Варьируя эти размеры, в первую очередь, глубину и форму канавки 5 на всем ее протяжении, в некоторых пределах можно изменять распределение механических напряжений, и, соответственно, оптимизировать распределение механических напряжений в линзе 1. Эти параметры определяются расчетом и закладываются в конструкцию оправы. Жесткость и сечение прокладки, а также сечение канавки 5 выбираются таким образом, чтобы линза 1 под нагрузкой не касалась оптическими поверхностями металла - опорной рамки 3, а зазор был минимальным, для увеличения стабильности положения линзы 1.The installation of the support frame in the working position is carried out on the plate of the vacuum pumping stand.
После откачки вакуума и окончательной установки линзы 1 на свое «штатное место» крепежные винты 6 и 7 прижимной рамки 2 затягиваются с минимальным усилием, т.е. доводятся «до касания», чтобы исключить деформацию линзы 1 под воздействием крепежных элементов 6 и 7. Затем осуществляют юстировку и децентровку оправы с линзой 1 с последующим монтажом оправы с линзой 1 на торцевой плите транспортного или кюветного фильтра установки. Соосное, (болт в болт), расположение крепежа 6 и 7 на элементах оправы исключает появление изгибных напряжений в конструктивных элементах оправы.After pumping out the vacuum and finally installing the
Для оправ проведен цикл испытаний на герметичность, подтвердивших их работоспособность, определена величина натекания в объеме под оптическим элементом, подтвердившая их герметичность. Идет подготовка к серийному изготовлению.A cycle of tightness tests was carried out for the frames, which confirmed their performance, the leakage value in the volume under the optical element was determined, which confirmed their tightness. Preparations for serial production are in progress.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить внутренние механические напряжения и деформацию нагруженного оптического элемента, тем самым, повысить качественные характеристики как отдельного оптического элемента, так и оптического тракта всего комплекса, в котором он применяется. Кроме того, позволяет обеспечить простоту и надежность конструкции, возможность изготовления на универсальном оборудовании, невысокую стоимость изготовления, а также легкость монтажа и ремонтопригодность.Thus, the claimed invention makes it possible to reduce internal mechanical stresses and deformation of a loaded optical element, thereby improving the quality characteristics of both a separate optical element and the optical path of the entire complex in which it is used. In addition, it allows to ensure simplicity and reliability of the design, the ability to manufacture on universal equipment, low cost of manufacture, as well as ease of installation and maintainability.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136286A RU2727320C1 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Holder for fastening of large-size element of optical-mechanical installation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136286A RU2727320C1 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Holder for fastening of large-size element of optical-mechanical installation (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2727320C1 true RU2727320C1 (en) | 2020-07-21 |
Family
ID=71741336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019136286A RU2727320C1 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Holder for fastening of large-size element of optical-mechanical installation (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2727320C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599598C1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for adjustment of spherical holder of optical element |
| RU2618572C1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-05-04 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method of fixing window flat protective glass |
| RU2661049C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-07-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and device for mounting large-size mirror of optical-mechanical device in holder (versios) |
| CN108710188A (en) * | 2018-06-05 | 2018-10-26 | 苏州艾力光电科技有限公司 | A kind of optics mounting bracket |
| CN208919607U (en) * | 2018-11-02 | 2019-05-31 | 成都科信达实业有限公司 | A kind of optical element installation and adjustment frame |
-
2019
- 2019-11-11 RU RU2019136286A patent/RU2727320C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599598C1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for adjustment of spherical holder of optical element |
| RU2618572C1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-05-04 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Method of fixing window flat protective glass |
| RU2661049C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-07-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and device for mounting large-size mirror of optical-mechanical device in holder (versios) |
| CN108710188A (en) * | 2018-06-05 | 2018-10-26 | 苏州艾力光电科技有限公司 | A kind of optics mounting bracket |
| CN208919607U (en) * | 2018-11-02 | 2019-05-31 | 成都科信达实业有限公司 | A kind of optical element installation and adjustment frame |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Справочник конструктора оптико-механических приборов". Под ред. В.А. Панова. Ленинград "Машиностроение" Ленинградское отделение, 1980 г, с. 301, рис. а. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3195038B1 (en) | Precision optical mount for optical devices | |
| JP2003029117A (en) | Lens system | |
| RU2727320C1 (en) | Holder for fastening of large-size element of optical-mechanical installation (versions) | |
| KR20080042042A (en) | Reversible attachment for cylindrical magnetrons | |
| US7794159B2 (en) | Sealed beam coupler for an isolated environment | |
| US8441747B2 (en) | Optical module with minimized overrun of the optical element | |
| CN210199381U (en) | Infrared lens with detachable sealing structure | |
| CN216485739U (en) | Checking device for right-angle prism | |
| CN102118005B (en) | Modular optical resonant chamber of high-power laser | |
| EP2319050B1 (en) | Neutron guide system comprising neutron guide sections, support for neutron guide sections and method of aligning neutron guide sections | |
| CN112946859A (en) | Calibration device and calibration method for right-angle prism | |
| Susini et al. | Adaptive x‐ray mirror prototype: First results | |
| JP2017032795A (en) | Mirror supporting method, mirror support structure, and mirror structure | |
| CN108463928B (en) | System isolation and optical compartment sealing | |
| US5237583A (en) | Excimer laser assembly and an optic mount therefor | |
| US7986472B2 (en) | Optical element module | |
| CN115826176A (en) | Object lens centering structure of continuous zooming thermal infrared imager and assembling and adjusting method | |
| US20080130145A1 (en) | Closing module for an optical arrangement | |
| US20250300416A1 (en) | Device For Fixing An Optical Element | |
| US20250377518A1 (en) | Mount For An Optical Element | |
| CN218291102U (en) | Coating jig for lens | |
| CN107003623B (en) | Connection configuration for lithography system | |
| CN222506590U (en) | A low-radiation infrared field mirror | |
| CN114280082B (en) | X-ray linear array detector structure | |
| CN214751020U (en) | Lens and lens |