Оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием
OPTICAL COLLIMATOR WITH VARIABLE FOCAL LENGTH

Изобретение относится к лазерам и волоконной оптике и может быть использовано в производственной, научной или космической отраслях промышленности.
Известен оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием, содержащий коннектор с резьбовой частью, на которой установлен корпус с объективом коллиматора, при этом изменение фокусного расстояния коллиматора обеспечивается за счет вращения корпуса относительно коннектора [US9139334, дата публикации: 08.09.2015 г.МПК: G02B 19/00; G02B 27/30; G02B 6/42].
Известен оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием, содержащий корпус с крышкой, внутри которой установлен объектив коллиматора, при этом изменение фокусного расстояния коллиматора обеспечивается за счет вращения крышки относительно корпуса [CN208654363, дата публикации: 26.03.2019 г.МПК: G02B 6/32].
Недостатком известных технических решений является недостаточно высокая точность фокусировки объектива коллиматора при изменении фокусного расстояния путем вращения объектива относительно неподвижного коннектора или корпуса, вследствие чего становится невозможным получение сверхточного разрешения на микронном уровне.
В качестве прототипа выбран оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием, который содержит полый корпус с крышкой и коннектором, при этом внутри корпуса подвижно закреплен объектив, а корпус содержит устройство изменения фокусного расстояния объектива, представленное в виде винтовой пары, закрепленной снаружи корпуса и соединенного с крышкой объектива шарнирным толкателем [US9671565, дата публикации: 06.06.2017 г., МПК: G02B 27/30; G02B 6/26; G02B 6/32].
Преимуществом прототипа перед известными техническими решениями является более высокая точность фокусировки объектива за счет того, что устройство изменения фокусного расстояния содержит винтовую пару, которая через толкатель обеспечивает линейное перемещение крышки и, соответственно всего объектива относительно корпуса, что позволяет добиться сверхточного разрешения на микронном уровне.
Однако недостатком прототипа является узкая номенклатура существующих оптических коллиматоров с переменным фокусным расстоянием, которые не только бы обеспечивали настолько же высокую точность фокусировки объектива, но и имели бы при этом возможность одновременной фиксации полученной степени фокусировки, что требует создания нового решения и расширения арсенала существующих коллиматоров с переменным фокусным расстоянием.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости расширения арсенала оптических коллиматоров с переменным фокусным расстоянием.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности получения параллельно идущего потока излучения оптическим коллиматором с переменным фокусным расстоянием.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности фиксации полученной фокусировки объектива устройством изменения фокусного расстояния объектива.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием содержит полый корпус с коннектором, объективом коллиматора, закрепленным в корпусе, и устройством изменения фокусного расстояния объектива коллиматора. В отличие от прототипа объектив коллиматора состоит из неподвижно закрепленной крышки и подвижно закрепленной линзовой втулки, имеющих отверстия на поверхности, а устройство изменения фокусного расстояния объектива коллиматора состоит из резьбовой вставки, установленной в отверстии крышки и имеющей точку опоры на торцевой поверхности линзовой втулки, и резьбовой вставки, установленной в отверстии линзовой втулки и имеющей точку опоры на внутренней поверхности корпуса коллиматора.
Корпус обеспечивает несущие функции и может иметь любую форму, однако преимущественно он выполнен тубообразным. Корпус может быть изготовлен из любого известного конструкционного материала. Корпус выполнен полым, что обеспечивает возможность размещения в его внутренней полости объектива коллиматора. При этом для возможности установки линзовой втулки корпус открыт с одной стороны.
Объектив коллиматора обеспечивает возможность фокусирования пучков световых лучей. Объектив коллиматора состоит из неподвижно закрепленной в корпусе крышки и подвижно закрепленной в корпусе линзовой втулки, которые также могут быть изготовлены из любого известного конструкционного материала.
Подвижно закрепленная линзовая втулка обеспечивает возможность изменения фокусного расстояния объектива за счет ее линейного перемещения вдоль оси вращения корпуса.
Линзовая втулка преимущественно повторяет внутреннюю форму корпуса, при этом подвижное закрепление линзовой втулки в корпусе может обеспечиваться за счет посадки линзовой втулки в корпус с зазором и/или за счет, расположенных в месте контакта внутренней поверхности корпуса и линзовой втулки, тел качения. Линзовая втулка имеет осевое отверстие, обеспечивающее возможность прохождения потока излучения, в котором установлена оптическая система коллиматора. Оптическая система может состоять из одной или нескольких линз и/или параболических зеркал, которые могут быть установлены в отверстии линзовой втулки любыми известными разъемными или неразъемными способами.
Неподвижно закрепленная крышка исключает самопроизвольный демонтаж линзовой втулки из внутренней полости корпуса. Неподвижное закрепление крышки может обеспечиваться любыми известными способами, однако для повышения надежности оптического коллиматора с переменным фокусным расстоянием неподвижное закрепление крышки может обеспечиваться за счет ее посадки в корпус с натягом. Крышка имеет осевое отверстие, обеспечивающее возможность прохождения потока излучения, а для исключения возможности самопроизвольного демонтажа втулки крышка на внутренней стороне может иметь выступ.
Устройство изменения фокусного расстояния объектива коллиматора обеспечивает возможность получения параллельно идущего потока излучения оптическим коллиматором.
Резьбовые вставки обеспечивают возможность взаимодействия крышки с линзовой втулкой и линзовой втулки с внутренней поверхностью корпуса. На одном конце резьбовой вставки расположены шлицы для крестовой или плоской отвертки, либо головка под ключ. Однако наиболее предпочтительным является многогранное углубление, обеспечивающее возможность взаимодействия с резьбовой вставкой шестигранным ключом или ключом-звездочкой. На противоположном конце резьбовой вставки расположена упорная часть, обеспечивающая возможность взаимодействия с линзовой втулкой или корпусом коллиматора, в зависимости от того, где установлена резьбовая вставка. При этом вышеупомянутая часть может иметь фаску.
Резьбовые вставки имеют точку опоры на торцевой поверхности линзовой втулки и точку опоры на внутренней поверхности корпуса коллиматора, что обеспечивает возможность не только перемещения линзовой втулки для регулирования фокусного расстояния, но и фиксации пространственного положения линзовой втулки, исключая риск ее самопроизвольного перемещения. Точки опоры могут быть представлены поверхностями, на которые опираются резьбовые вставки, либо углублениями на поверхностях.
Точка опоры резьбовой вставки на поверхности линзовой втулки обеспечивает возможность осевого перемещения линзовой втулки при закручивании резьбовой вставки в направлении коннектора. Она преимущественно может быть расположена на торцевой поверхности линзовой втулки.
Точка опоры резьбовой вставки на поверхности корпуса обеспечивает возможность осевого перемещения линзовой втулки при закручивании резьбовой вставки в направлении крышки. Она преимущественно может быть расположена на дне корпуса или на упорном радиальном выступе, выполненном на внутренней поверхности корпуса.
Крышка и линзовая втулка имеют отверстия на поверхности, которые предназначены для размещения резьбовых вставок. Отверстия выполнены сквозными, при этом они имеют резьбу. При этом для возможности ограничения диапазона регулировки фокусного расстояния объектива оптического коллиматора резьба может частично покрывать отверстия.
Отверстия на поверхности крышки и линзовой втулки могут быть расположены в разных плоскостях и на одной окружности, при этом ось отверстия, расположенного в крышке, и ось отверстия, расположенного в линзовой втулке, могут быть расположены параллельно друг другу, иначе для регулирования фокусного расстояния объектива требуется демонтаж крышки, что ухудшает эксплуатационные характеристики оптического коллиматора. При этом крышка может иметь отверстие для доступа инструментом к резьбовой вставке, расположенной в линзовой втулке. При этом для снижения риска перекоса объектива линзовая втулка может содержать дополнительные отверстия и дополнительные резьбовые вставки, установленные параллельно оси основного отверстия для установки резьбовой вставки в линзовой втулке. Также для снижения риска перекоса объектива крышка может содержать дополнительные отверстия и дополнительные резьбовые вставки, установленные параллельно оси основного отверстия для установки резьбовой вставки в крышке. При этом дополнительные отверстия и дополнительные резьбовые вставки крышки и линзовой втулки могут быть расположены на одной окружности, что также дополнительно снижает риск перекоса объектива коллиматора.
Коннектор обеспечивает возможность подключения к оптическому коллиматору источника излучения, преимущественно расположен в фокальной плоскости объектива коллиматора и может быть закреплен любыми разъемными или неразъемными видами соединения. При этом коннектор имеет отверстие, обеспечивающее возможность установки источника потока излучения таким образом, чтобы вышеупомянутый поток был направлен вдоль оси вращения корпуса.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:
- объектив коллиматора состоит из неподвижно закрепленной крышки и подвижно закрепленной линзовой втулки, имеющих отверстия на поверхности, что позволяет линзовой втулке линейно перемещаться внутри корпуса без риска ее самопроизвольного демонтажа из его внутренней полости.
- устройство изменения фокусного расстояния объектива коллиматора состоит из резьбовой вставки, установленной в отверстии крышки и имеющей точку опоры на торцевой поверхности линзовой втулки, и резьбовой вставки, установленной в отверстии линзовой втулки и имеющей точку опоры на внутренней поверхности корпуса коллиматора, что позволяет осуществить перемещение линзовой втулки в направлении крышки или коннектора.
Совокупность существенных признаков изобретения позволяет расфиксировать линзовую втулку путем выкручивания резьбовых вставок, расположенных в крышке, переместить ее ближе к крышке путем закручивания резьбовых вставок в самой линзовой втулке и зафиксировать ее положение упором в резьбовые вставки, установленные в крышке, или упором в саму крышку, и аналогичным образом осуществить перемещение линзовой втулки ближе к коннектору, позволяя таким образом сфокусировать поток излучения оптическим коллиматором.
Благодаря этому достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности получения параллельно идущего потока излучения оптическим коллиматором с переменным фокусным расстоянием, тем самым расширяется арсенал оптических коллиматоров с переменным фокусным расстоянием.
Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники известны оптические коллиматоры с переменным фокусным расстоянием, у которых регулировка фокусного расстояния объектива обеспечивается за счет радиального перемещения объектива относительно корпуса. Также из уровня техники известен оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием, у которого регулировка фокусного расстояния объектива обеспечивается за счет линейного перемещения объектива относительно корпуса за счет регулятора с резьбовым толкателем.
Однако из уровня техники не известен оптический коллиматор с переменным фокусным расстоянием, у которого объектив состоит из неподвижно закрепленной крышки и подвижно закрепленной линзовой втулки, а изменение фокусного расстояния объектива коллиматора обеспечивается за счет поочередного выкручивания/закручивания резьбовых вставок, установленных в линзовой втулке и в крышке. Также из уровня техники не известен эффект, обеспечиваемый такой конструкцией коллиматора, который заключается в обеспечении фиксации полученной фокусировки объектива устройством изменения фокусного расстояния объектива. Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - Оптический коллиматор, устройство изменения фокусного расстояния объектива коллиматора содержит по три резьбовых вставки в крышке и линзовой втулке, расположенных симметрично относительно его продольной оси, изометрия.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Оптический коллиматор содержит корпус 1, запрессованный в него с одной стороны коннектор 2, и объектив коллиматора, состоящий из запрессованной в корпус 1 крышки 3 с резьбовыми и нерезьбовыми сквозными отверстиями, и установленной с зазором линзовой втулки 4 со сквозными резьбовыми отверстиями и линзой 5.
Устройство изменения фокусного расстояния объектива коллиматора представлено резьбовыми вставками 6 и 7. Резьбовые вставки 6 установлены в резьбовые отверстия крышки 3 и имеют точку опоры на торцевой поверхности линзовой втулки 4. Резьбовые вставки 7 установлены в сквозные резьбовые отверстия линзовой втулки 4 и имеют точку опоры на корпусе 1.
К коннектору 2 подключен выход оптоволоконного соединителя.
Изобретение работает следующим образом.
Для получения пучков параллельных световых лучей осуществляется подача излучения через оптоволоконный соединитель и коннектор 2. В перерывах между подачами излучения осуществляется увеличение фокусного расстояния объектива. Для этого посредством шестигранной головки первоначально осуществляется вывинчивание резьбовых вставок 6 на необходимую величину увеличения фокусного расстояния объектива, что одновременно приводит к расфиксированию положения линзовой втулки 4, поскольку на ней пропадают точки опоры вставки 6 и снимается их прижимающее воздействие.
После этого осуществляется завинчивание вставки 7 через отверстия крышки 3, вследствие чего линзовая втулка 5 линейно перемещается в направлении крышки 3 до соприкосновения торцевой поверхностью с резьбовыми вставками 6, вследствие чего вставки 6 воздействуют на торцевую поверхность линзовой втулки 4 и ее положение вновь ими фиксируется. Аналогичным образом осуществляется уменьшение фокусного расстояния объектива коллиматора, при котором все указанные действия с резьбовыми вставками 6 и 7 осуществляются в обратном порядке. Таким образом осуществляется фокусировка объектива и получение пучков параллельных световых лучей на требуемой поверхности.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности получения параллельно идущего потока излучения оптическим коллиматором с переменным фокусным расстоянием, тем самым расширяется арсенал оптических коллиматоров с переменным фокусным расстоянием.