镜片热应力缓冲装置及光路系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学设计技术领域，尤其涉及一种镜片热应力缓冲装置及光路系统。


背景技术：

2.在光学设计中，经常使用镜片来实现整个光学系统方案，镜片的质量对整个光路有着重要影响，尤其是在大功率光路传输和合成领域，更是提出了高的需求。当一定功率的光束照射或穿透镜片时，由于材质的吸收和能量损耗，导致镜片发热，从而产生热应力，引起热变形，如果变形得不到有效释放，会引起光路系统的偏离，甚至对镜片造成不可恢复的损坏，从而对整个光路系统造成影响。
3.为有效缓冲镜片的热应力，目前常采用的解决方法是在镜片固定面上加装一块非金属材料的保护垫，如橡胶材料或者聚四氟乙烯塑料；此时当镜片由于发热产生热应力时，镜片压缩保护垫，保护垫发生形变，对热应力进行缓冲。但是，此类型保护垫发生的形变一般是非弹性变形，在应力消失之后并不能完全恢复到初始位置，导致装置出现松动，精度较低，密封性和可靠性差，实用性受到约束，因此在对镜片的热应力可进行有效缓冲的前提下如何提高装置的稳定性及可靠性是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种镜片热应力缓冲装置及光路系统，以实时有效的释放镜片的热应力，并提高装置的稳定性及可靠性。
5.根据本实用新型的一个方面，公开了一种镜片热应力缓冲装置，所述装置包括镜座、波形垫片以及锁紧圈；
6.所述镜座上具有镜片搁置孔以及自所述镜片搁置孔的孔壁朝向所述镜片搁置孔的中心线凸起的第一止推部，所述第一止推部用于防止所述镜片沿第一方向移动，所述第一方向与所述镜片搁置孔的中心线方向平行；
7.所述波形垫片用于设置在所述镜片的远离所述第一止推部的一侧；
8.所述锁紧圈位于所述波形垫片的远离所述镜片的一侧，所述锁紧圈能够与所述镜座连接，以将所述波形垫片压紧在所述镜片上。
9.在本实用新型一些实施例中，所述装置还包括镜片挡圈，所述镜片挡圈用于设置在所述镜片与所述波形垫片之间。
10.在本实用新型一些实施例中，所述镜片搁置孔为第一台阶孔，所述第一止推部为第一台阶孔的内端面。
11.在本实用新型一些实施例中，所述镜片挡圈上具有自所述镜片挡圈的孔壁朝向所述镜片挡圈的中心线凸起的第二止推部，所述第二止推部用于防止所述镜片沿所述第一方向的反方向移动；
12.所述镜片挡圈的孔为第二台阶孔，所述第二止推部为第二台阶孔的内端面。
13.在本实用新型一些实施例中，所述第一止推部与第二止推部之间的间距小于或等于所述镜片的厚度。
14.在本实用新型一些实施例中，所述锁紧圈与所述镜座螺纹连接。
15.在本实用新型一些实施例中，所述镜座上具有锁紧圈安装孔，所述锁紧圈位于所述锁紧圈安装孔内，所述锁紧圈的外壁上具有外螺纹，所述锁紧圈安装孔的内壁上具有用于与所述外螺纹配合的内螺纹；或
16.所述镜片为圆形镜片，所述波形垫片为三波峰波形垫片。
17.在本实用新型一些实施例中，所述镜片为石英平面镜，所述波形垫片的材料为不锈钢。
18.在本实用新型一些实施例中，所述镜座上具有固定座，所述固定座与所述镜片垂直，所述固定座上具有用于与被连接件进行连接的固定孔。
19.根据本实用新型的另一方面，还公开了一种光路系统，所述光路系统包括镜片及如上实施例所述的镜片热应力缓冲装置，所述镜片位于所述镜片搁置孔内。
20.本实用新型实施例中的镜片热应力缓冲装置，在镜片与锁紧圈之间安装波形垫片，且锁紧圈控制紧固状态，并给予波形垫片一定压力，使波形垫片抵靠在镜片上；由于波形垫片具有良好的弹性和防松动特性，上述设置不仅可实时释放镜片中的热应力，减小镜片的变形；还提高了装置的密封性、可靠性以及稳定性。
21.本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
22.本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
24.图1为本实用新型一实施例的镜片热应力缓冲装置的零件组成爆炸示意图。
25.图2为本实用新型一实施例的镜片热应力缓冲的镜座与锁紧圈处于连接状态下的结构示意图。
26.图3为本实用新型一实施例的镜座的结构示意图。
27.图4为本实用新型一实施例的镜片挡圈的结构示意图。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解
释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
29.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
30.应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
31.在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。
32.在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
33.图1为本实用新型一实施例的镜片热应力缓冲装置的零件组成爆炸示意图，如图1所示，该镜片热应力缓冲装置至少包括镜座1、波形垫片4以及锁紧圈5。镜座1用于支撑镜片2，其上具有镜片搁置孔；具体使用时，可直接将镜片2安装在镜片搁置孔内，而镜片2的厚度方向与镜片搁置孔的中心线方向平行。另外，镜座1上还具有自镜片搁置孔的孔壁朝向镜片搁置孔的中心线凸起的第一止推部；第一止推部用于防止镜片2沿第一方向移动，且第一方向与镜片搁置孔的中心线方向平行。其中，波形垫片4用于设置在镜片2的远离第一止推部的一侧，而锁紧圈5用于设置在波形垫片4的远离镜片2的一侧。换句话说，也即在使用过程中若第一止推部位于镜片2的左侧，则波形垫片4位于镜片2的右侧，而锁紧圈5则也位于波形垫片4的右侧；另，若第一止推部位于镜片2的右侧，则波形垫片4位于镜片2的左侧，而锁紧圈5则也位于波形垫片4的左侧。另外，锁紧圈5能够与镜座1连接，且在锁紧圈5与镜座1连接的状态下，锁紧圈5还能够将波形垫片4抵靠且压紧在镜片2上。
34.进一步的，镜座1的具体形状不做限制，其外形具体的可为圆形、方形等。如图3所示，镜座1上还设有固定座12，该固定座12用于实现镜座1与被连接件的连接。示例性的，被连接件可为桌面、台面等。固定座12可位于镜片搁置孔的下方，且固定座12与镜片2互相垂直。固定座12整体可呈方形结构，且方形固定座12的四个角位置处均设有固定孔，另外四个固定孔相对于固定座12的中线也可互相对称设置。由于固定孔的存在，镜座1与被连接件之间可通过螺钉、螺栓实现连接。应当理解的是，固定座12除了位于镜座1的下方位置之外，也可位于镜片2放置孔的其他侧；例如，固定座12具体的位于镜座1的左侧位置，且与镜片2平行；固定座12整体也可呈方形结构，该方形固定座12上具有与镜片2放置孔大小相等、位置相同的通孔，通孔的周围可均布若干个用于安装螺钉或螺栓的固定孔。
35.在该实施例中，当安装锁紧圈5时，需要控制锁紧圈5的紧固力度，即保证整个装置的装配精度以及稳定性，同时给予波形垫片4一定压力，使得波形垫片4始终抵靠在镜片2上。由于波形垫片4是一种呈波浪形的垫片，具有良好的弹性及防松动特性，因此当镜片2产生热变形时，其可通过波形垫片4的弹性形变实时有效的释放镜片2中的热应力，从而避免光路偏离和镜片2损毁，因此不仅保证了整个装置的稳定性及可靠性，还进一步的对整个光路系统起到了一定的保护作用。
36.在本实用新型另一实施例中，该镜片热应力缓冲装置还包括镜片挡圈3。镜片挡圈
3用于设置在镜片2与波形垫片4之间。如图1所示，镜片挡圈3位于镜片2的远离第一止推部的一侧，也即镜片2的右侧。镜片挡圈3的一个侧面与镜片2形成面接触，另一侧面与波形垫片4接触，从而可将与波形垫片4的局部接触载荷转化为镜片2上的平面均匀载荷。在该实施例中，当镜片2产生热应力变形时，镜片挡圈3将镜片2的热变形转换为自身的位移或变形，进一步由于波形垫片4的弹性以及压紧力作用下，镜片挡圈3将镜片2的热变形应力传输至波形垫片4，从而使波形垫片4实时有效的释放镜片2中的热应力。
37.在该实施例中，镜片挡圈3具体的可为圆形挡圈，且该圆形挡圈的内圆孔直径小于镜片2在圆形挡圈的径向上的尺寸。在使用状态下，圆形挡圈实现了镜片2在镜片搁置孔的中心线方向上的限位，也即镜片挡圈3可使图1中的热应力缓冲装置中的镜片2不会向右侧移动。另外，镜座1的镜片搁置孔的远离第一止推部的一侧还可设有挡圈放置孔，而当镜片挡圈3为圆形挡圈时，挡圈放置孔具体的也可为圆形孔，且此时圆形挡圈可位于该挡圈放置孔内。应当注意的是，当镜片2被放置在镜片搁置孔，而镜片挡圈3被放置在挡圈放置孔内时，为了使镜片挡圈3实时的压紧镜片2，此时镜片搁置孔的孔段长度还应小于或等于镜片2的厚度，换句话说，也即第一止推部的与镜片2接触的端面距镜片挡圈3的与镜片2接触的端面之间的距离小于镜片2的厚度。
38.可选的，镜座1上的镜片搁置孔为第一台阶孔，而第一止推部为第一台阶孔的内端面。如图3所示，第一台阶孔可为圆孔，此时第一台阶孔至少可包括第一孔段111和第二孔段112，且第一孔段111的径向尺寸小于第二孔段112的径向尺寸。具体的，第二孔段112用于放置镜片2，此时为了使第一孔段111与第二孔段112之间的内端面实现镜片2在第一方向上的限位作用，第一孔段111的孔径还应小于镜片2在第一孔段111的径向上的尺寸。另外，在镜座1上具有挡圈放置孔的情况下，挡圈放置孔可作为第一台阶孔的第三孔段113，且该第三孔段113的内径尺寸大于第二孔段112的内径尺寸，且为了使镜片挡圈3实现镜片2在第一方向上的反方向上的轴向限位，此时用于放置镜片2的第二孔段112的长度还应小于或等于镜片2的厚度。
39.当镜座1上的各个孔段均为圆形孔时，镜片2与镜片挡圈3的形状也可均为圆形。但应当理解的是，将镜片搁置孔以及镜片2均设置为圆形只是众多实施方式中的一种，其在不同的应用场合可采用不同的结构形状。示例性的，镜片搁置孔、镜片2、挡圈放置孔以及镜片挡圈3的外轮廓也可均为方形结构，此时为了使镜片2与镜片搁置孔、镜片挡圈3与挡圈放置孔较优的匹配，镜片2以及镜片挡圈3的外形也均可为方形。
40.在本实用新型一实施例中，镜片挡圈3上还具有自镜片挡圈3的内孔壁朝向镜片挡圈3的中心线凸起的第二止推部，第二止推部用于防止镜片2沿第一方向的反方向移动。其中，当镜片挡圈3为圆形挡圈时，其中心线即为圆形挡圈的中轴线；且第一方向若为自镜片2朝向第一止推部的方向，则第一方向的反方向则为自镜片2朝向锁紧圈5的方向。
41.为了较有效的将镜片挡圈3与波形垫片4之间的局部接触载荷转化为镜片2上的平面均匀载荷，镜片挡圈3上第二止推部呈均匀分布。示例性的，镜片挡圈3上的孔可为第二台阶孔，则第二止推部可通过第二台阶孔的内端面实现。如图4所示，镜片挡圈3具体的可为环形挡圈，而其内孔为阶梯状的圆形孔，其中该阶梯孔可包括第四孔段31和第五孔段32，其中第四孔段31的直径小于第五孔段32的直径。在连接状态下，镜片2厚度的一部分位于该第四孔段31内，因此第四孔段31的孔径尺寸还应大于或等于镜片2的外径尺寸；且为了使第四孔
段31与第五孔段32之间的端面形成第二止推部，第五孔段32的内径尺寸还应小于镜片2的外径尺寸。另外，在使用过程中，为了确保镜片挡圈3在镜片2的变形方向上具有活动余量，还应保证用第二孔段112的孔段长度与第四孔段31的孔段长度之和小于或等于镜片2的厚度。
42.该镜片热应力缓冲装置在正常使用状态下，锁紧圈5在保证整个装置的装配精度的同时还需给定波形垫片4一定的压力，因此需保证锁紧圈5与镜座1之间的有效连接。示例性的，锁紧圈5与镜座1之间可通过螺钉或螺栓实现连接，具体的即，锁紧圈5的外周沿周向均匀设有多个固定孔，而在镜座1的与锁紧圈5的固定孔相对应的位置处具有螺纹孔，从而通过螺钉或螺栓即可实现锁紧圈5与镜座1的固定连接。
43.另外，锁紧圈5与镜座1之间也可以采用螺纹连接的方式。如图2及图3所示，镜座1上进一步的还可具有锁紧圈安装孔，而锁紧圈5被放置在锁紧圈安装孔内。而当镜片挡圈3与锁紧圈5的外尺寸大致相等时，锁紧圈5以及镜片挡圈3可被设置在同一孔段内，即镜片挡圈3以及锁紧圈5具体的均位于第三孔段113内。此时，锁紧圈5的外壁上具有外螺纹，而锁紧圈安装孔的内壁上具有用于与外螺纹配合的内螺纹。除上述之外，锁紧圈5也可套置在镜座1的外部，此时镜座1的用于与锁紧圈5进行连接部位的外形为圆柱体结构，而圆柱体的外部具有外螺纹，相应的锁紧圈5上应具有用于与该外螺纹相配合的内螺纹。为了使锁紧圈5与镜座1连接更牢固，锁紧圈5以及镜座1上的螺纹均可为细牙螺纹。
44.对于上述实施例中的镜片2均可为圆形镜片2，正如上所述的，当镜片2为圆形镜片2时，镜片2放置槽、镜片挡圈3以及挡圈放置槽的形状可均为圆形。但镜座1在具体使用时一般是需进一步的与其他零部件配合，因此镜座1以及镜片2的具体形状及尺寸均可根据实际需要进行调整，只要使镜片热应力缓冲装置可符合不同环境的使用要求即可。另外，镜片2具体的也可为纯石英平面镜。
45.该装置中的波形垫片4的主要作用是为了实时释放镜片2产生的热变形应力，因而应保证该波形垫片4具有良好的弹性及防松动特性。可选的，波形垫片4可为金属材料制品，且具体的可选用三波峰波形垫片4，且波形垫片4的材料可为不锈钢；另外，其根据具体的使用环境以及环境需求，可通过计算及模拟选择合适材料以及尺寸的波形垫片4满足该装置的工作特性。在本实施例中，镜片2具体工作时，光束会穿透或照射镜片2，而由于镜片2材料对于光的吸收及能量损耗，会引起镜片2出现热应力，从而产生热变形；在此情况下，通过三波峰波形垫片4的弹性变形可实时有效的释放镜片2中的热应力，从而对镜片2起到保护以及缓冲的作用，进而避免了造成更大的变形及损坏。
46.另外，本实用新型还公开了一种光路系统，该光路系统包括镜片2以及如上实施例的镜片热应力缓冲装置。在正常使用状态下，镜片2被放置在镜座1上的镜片搁置孔内，且镜片2的一侧通过第一止推部实现轴向限位，而另一侧可通过位于镜片挡圈3上的第二止推部实现轴向限位。并在安装锁紧圈5时，控制锁紧圈5的紧固力度以及锁紧状态，给定波形垫片4一定的初始压力，从而实现整个装置的固定及锁紧。
47.对于该光路系统，由于波形垫片4具有良好的弹性，因此当镜片2产生热应力变形时，波形垫片4发生弹性变形，对镜片2产生的热应力产生缓冲，从而实时有效释放镜片2产生的热应力、减小镜片2的热变形，保证镜片2的面形精度，避免造成光路偏离及镜片2损坏。从而对镜片2以及整个光路系统均起到了一定的保护作用。另外，波形垫片4发生的形变为
弹性变形，可变形范围大，同时具有防松动特性，大大提高了实用性及可靠性；且该光路系统结构简单、成本低、易于操作、精度高，稳定可靠、具有较高的应用价值。
48.本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
49.上述所列实施例，显示和描述了本实用新型的基本原理与主要特征，但本实用新型不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本实用新型做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。