CN103733015A - 用于透明部件的运动固定器 - Google Patents

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Abstract

一种用于定位光学部件的固定装置具有透明的底座。由透明材料形成的调整板运动地偶联到底座。多个从调整板延伸出的支承柱用于座落光学部件。多个从透明底座延伸出的对准元件，用于对准座落在支承柱上的光学部件的一个或多个边缘。

Description

用于透明部件的运动固定器
相关申请的交互参照
根据35U.S.C.§120，本发明要求对以下专利申请的优先权益：2011年8月12日提交的美国专利申请系列No.13/208798，本文依赖于其内容并以参见方式引入其全部内容。
技术领域
本发明总的涉及光学计量应用中的用于固定的光学装置，具体来说，涉及支承可变形状和曲率的薄透明表面的运动固定装置。
背景技术
用于固定和测量基本上平的或平表面的光学部件技术，对于光学计量技术领域中的技术人员来说是众所周知的。然而，许多同样的用于平部件计量的固定技术，可能不适合于具有非平面表面的较薄零件的安装和测量。例如，诸如设计用于手持式电子器件和其它装置的薄玻璃零件，常常是模制的或其它方式成形的，以便具有比平的形状更加适合于器件轮廓的非平面的三维形状。根据特殊的应用，容忍如此的零件可能是苛求的。对于光学测试和测量来说，可能难于合适地将弧形的零件定位在固定器中，而不造成某些过分约束措施，这种措施可使测量的零件畸形，并因此危及所作的任何测量或甚至可能损坏部件。
与部件固定相关的问题可能因使用自动测试***而变得复杂起来。对于将弧形零件合适地定位在测量用的固定器内，或对于固定器自身平移过程中零件的无意的运动，都可有很小的允差。此外，传统的固定器是用金属或其它不透明的刚性材料形成的，限制了计量***对光源的选择。
放置的可重复性，这样，被测量的零件只座落在固定器内的一个位置内，该种可重复性对于提供零件计量中顺畅的、有效的工作流动是特别有用的。要为定位薄而非平面的部件实现该种可重复性，可特别地有挑战性，特别是，定位误差要求最小允差的情形中。
在计量的零件固定中，通常要求约束零件沿着正交的x、y和z轴中任一轴的平移运动，以及约束绕任何轴的转动运动（θx或“俯仰”，θy或“滚动”，θz或“摆动”）。传统的夹具或真空夹持技术可将零件固定在位置中，但其特征在于，过分约束和呈现以某种方式使测量零件畸变的危险，导致不精确的测量值。固定中的过分约束问题还可因热条件而复杂化。
因此，由此可见，需要有改进光学部件固定的方法和装置，尤其是对于显现某些弧度的零件。
发明内容
本发明的目的是使用于光学部件计量的固定技术进步。将该目的记在心，本发明提供一种用于定位光学部件的固定装置，该装置包括：
透明的底座；
调整板，其由透明材料形成并可运动地偶联到底座；
多个从调整板延伸出的支承柱，用于座落光学部件；以及
多个从透明底座延伸出的对准元件，用于对准座落在支承柱上的光学部件的一个或多个边缘。
本发明的特征是使用运动学的设计，以机械方式帮助支承光学部件的结构与固定器的安装底座隔离开。
本发明的一优点是使用运动学的约束技术来支持具有弧形外形的薄光学部件的定位的能力。
本发明的另一优点是零件放置的可重复性的能力，提供少至六个接触点，三个点用于支承弧形表面，三个点用于对准零件的边缘。本发明的装置还具有透明零件计量的特别优点，允许通过固定器自身引导光到零件上。
本发明其它理想的目的、特征和优点可被本技术领域内技术人员想到或变得清晰明白。本发明由附后权利要求书予以定义。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的固定装置的立体图。
图2是固定装置的剖视立体图。
图3是从不同角度观看的固定装置的剖视立体图。
图4是固定装置的仰视立体图。
图5是没有安装的光学部件的固定装置的俯视图。
具体实施方式
提供文中所示和描述的图，目的是说明根据各种实施例的光学装置操作和制造的关键原理，附图中的多个图未按显示实际尺寸或比例的意图绘出。某些夸大可能是必要的，以强调基本的结构关系或操作原理。例如，某些平面的结构可在这些结构重叠的视图中显示为稍作彼此偏离。
如在本发明中所用到的，术语“第一”、“第二”、“第三”等不一定表示任何的顺序或优先的关系，但用来更清楚地区别一个元件或时间间隔与其它的元件或时间间隔。在本文所介绍中，没有固定的“第一”或“第二”元件；在本发明的情景中，这些描述符仅是用来清楚地区别一个元件与类似的另一元件，比如类似零件优先的顺序。
在本发明的情景中，术语“透明”意指可透射至少在从约400至约750nm范围上的可见光，较佳地在更广的范围上，该范围包括紫外线（UV）或红外线（IR）光谱的附加部分。“透射”意指在范围上至少有大约70％入射光显现为透过的，较佳地是超过90％的入射光透过。
在本发明的情景中，术语“运动的偶联”涉及用于一个或多个部件的偶联方法的类型。传统的机械偶联方法可替代地用于装置的组装。在本发明的情景中，术语“单点接触”具有其传统的意义，这为机械行业中的技术人员所清楚。
在本发明的情景中，弧形表面被认为是曲率半径小于约10米的表面。平面的表面具有超过约10米的曲率半径。本发明的实施例提供固定具有平面的或弧形的表面的光学部件的装置和方法，包括曲率半径例如在100cm之内的弧形表面。
本发明实施例的装置和方法有助于提供对可具有可能形状和曲率的范围的光学部件的固定。举例来说，图1的立体图示出透明的光学部件10，其显示为薄的、略微弧形的玻璃板，座落在根据本发明一实施例的固定装置20内。固定装置20具有底座22，该底座22是透明的，其特征是使用安装螺栓24安装在光学计量***（未示出）内。调整板30也由透明材料形成，该调整板30运动地偶联到底座22，提供座落光学部件10的支承柱32a、32b和32c。一旦光学部件10座落在固定装置20内，对准元件26a、26b和26c从透明底座22延伸出，以对准光学部件10的边缘12a和12b。
如从图1的立体图中可见，偶联到底座22并被底座支承的部件呈现六个自由度（DOF）的约束型式，如图1的正交轴所示。有了该约束型式，光学部件10可精确地和重复地定位在固定装置20内，并可保持在其合适的位置中，无需夹具或真空或其它约束装置或约束力。
图1的立体图和图2的剖视图示出运动安装的细节，该运动安装提供给调整板30，其允许调整板30倾斜到合适的角度，以符合于所要测量的光学部件10的轮廓。在所示的实施例中，调整板30近似为三角形，但也可具有任何其它合适的形状。设置三个可调整的支承元件34a、34b、34c，用来让调整板30获得需要的角度。因为空间三点确定一平面，所以，各个支承元件34a、34b和34c的高度确定平行于调整板30的表面的平面对应斜度。
三个边缘对准元件26a、26b和26c中的各个元件提供沿着光学部件10的对应边缘的单点接触。
如图2更清楚地示出，诸如台肩螺钉42上的压缩弹簧40那样的加载元件提供了加载力L，其迫使调整板30的下表面38抵靠在每个可调整的支承元件34a、34b和34c内的架子36上（图2中元件34c显示为剖面）。可选择来自弹簧40或其它类型加载元件的加载力L，使其足以提供加载力到可调整的支承元件34a、34b和34c上，而不对调整板30造成可察觉的变形。
如图1至4所示，每个可调整的支承元件34a、34b和34c终止在形成球形端44的倒圆的轴内。每个球形端44座落在v形槽或v槽48内，其形成运动的偶联。与本发明的实施例相一致，各个v槽48底部处的相交线当其延伸时，可供选择地，相交于台肩螺钉42的中心轴线处或其附近。
支承柱32a、32b和32c提供抵靠着待要测量的光学部件10的表面上的三点接触。与本发明的一个实施例相一致，支承柱32a、32b和32c是等长度的，但在另一替代实施例中也可以是不同长度。在各个可调整的支承元件34a、34b和34c处，设置致动器46以作对应高度的调整。致动器46可以是微米型的致动器，以响应于调整设置而作细微的轴向运动，或是作垂直调整的任何其它合适类型的致动器。
如图3和5最清晰地所示，各个边缘对准元件26a、26b和26c提供单点接触，单点接触有助于毫不含糊地重复地定位光学部件10。此外，在与支承柱32a、32b和32c的组合中，边缘对准元件26a、26b和26c有助于在试验固定器内搬运或运输过程中防止光学部件10迁移或运动。为了接近于使寄生约束力为最小的理想的点接触，边缘对准元件26a、26b和26c的侧边在水平剖面中倾斜，其特征是在非常小面积内提供抵靠边缘12a和12b的接触。如图3和5所示，各个边缘对准元件26a、26b和26c的特征还在于可供选择的目标50，其用作光学计量装置的定位参考。
固定装置20具有多个有助于固定具有弧形表面的光学部件的特征。如图3中对准元件26a的剖视图所示，可供选择的销钉52和螺钉54用来将边缘对准元件更加刚性地锁定到相对于底座22的位置中。
有利地，固定装置20使用重力来支承光学部件10。一个或多个支承柱32a、32b和32c的顶表面56可以是倒圆的、平的、粗糙的、涂敷的、轮廓形的，或其它方式处理过的，以便在与光学部件10的支承表面相接触的交界面上提供要求的摩擦量。
对调整板30的调整，能设立诸如倾翻、倾斜和提升之类的设定，以使这些设定适于待要测量的零件形状。一旦对特殊零件作了调整，固定装置20可反复地使用以提供精确的定位。可使用与光学测量仪器（未示出）一起使用的干涉测量激光器，来校合各个支承柱32a、32b和32c的垂直位置，并帮助确定该设定相对于轴是水平的还是倾斜的。
在测量过程中，底座22和调整板30的透明性能引导光从下面朝向光学部件10。这对于测量零件整体形状是有利的，或例如对测量光学部件10的半透明性或其它特征是有利的。各种类型的涂层可交替地涂敷到底座22和调整板30的表面上，诸如是抗反射（AR）涂层。
固定装置20可用任何多种类型的合适材料形成。底座22和调整板30可以是玻璃，诸如是可加工的玻璃，或聚碳酸酯，或具有必要的透明性特征的其它合适的天然或合成材料。在调整板30上使用非常小的表面接触面积，有助于进一步使调整板30与底座232隔绝，底座处热量是一个因素。
图2中标示为L的加载力可由弹簧40提供，如图所示，或者可使用屈曲或某些其它的加载元件或力来提供。
本发明特别参照了本发明某些优选的实施例作了详细的描述，但本技术领域内技术人员应该理解到，在如附后权利要求书中所指出的，在如上所述的本发明范围之内，可实现各种变化和修改，而不脱离本发明的范围。本发明由权利要求书来限定。
因此，本说明书提供的是用于光学部件定位的固定装置。

Claims (10)

1.一种用于定位光学部件的固定装置，该装置包括：
透明的底座；
调整板，所述调整板由透明材料形成并运动地偶联到底座；
多个从调整板延伸出的支承柱，用于座落光学部件；以及
多个从透明底座延伸出的对准元件，用于对准座落在支承柱上的光学部件的一个或多个边缘。
2.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，使用从底座延伸出的第一、第二和第三可调整的支承元件，使调整板运动地偶联到底座。
3.如权利要求2所述的固定装置，其特征在于，可调整的支承元件中的至少一个具有致动器。
4.如权利要求1或2所述的固定装置，其特征在于，还包括弹簧，所述弹簧引导加载力作用在调整板上。
5.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，调整板通过从底座延伸出的多个可调整的支承元件运动地偶联到底座，其中，多个可调整的支承元件各终止在倒圆的结构上，该结构座落抵靠在透明底座内形成的对应v槽上。
6.如权利要求1或2所述的固定装置，其特征在于，调整板由聚碳酸酯塑性材料形成。
7.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，调整板和底座中的至少一个是玻璃。
8.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，多个支承柱提供三点接触，以座落光学部件。
9.如权利要求1所述的固定装置，其特征在于，多个支承柱具有至少两个不同的长度。
10.如权利要求1或7所述的固定装置，其特征在于，底座的一个或多个表面具有抗反射的涂层。
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