張秀民

摘要：科研和教學(xué)實驗中廣泛使用的擴束器調(diào)節(jié)裝置，常采用調(diào)節(jié)桿或伸縮桿兩種方式來調(diào)節(jié)擴束透鏡的高度，而且只固定搭配了一種焦距的擴束透鏡，這種擴束器調(diào)節(jié)裝置的高度調(diào)節(jié)精準度不高、擴束能力不可調(diào)節(jié)，這些都給實驗帶來了諸多不便。針對以上問題，設(shè)計了一種高度易于精準調(diào)節(jié)、擴束能力易于改變的擴束器調(diào)節(jié)裝置，而且調(diào)節(jié)方便、擴束透鏡更換簡單。

關(guān)鍵詞：擴束器調(diào)節(jié)裝置;精準調(diào)節(jié);擴束透鏡

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）10-0270-02

Abstract： The beam expander adjustment device widely used in scientific research and teaching experiments，it often uses an adjustment rod or a telescopic rod to adjust the height of the beam expander lens， and only a fixed and matched beam expander lens is used. The height of the? beam adjustment device is not adjusted accuracy， and the beam expansion ability cannot be adjusted，it brings a lot of inconvenience to the experiment. In view of the above problems， a beam expander adjustment device with easy and precise adjustment of height and easy change of beam expansion capability is designed， and the adjustment is convenient and the beam expansion lens is easy to replace.

Key words： beam expander adjustment device; precise adjustment; beam expander

擴束器廣泛應(yīng)用于許多光學(xué)實驗中，針對光學(xué)實驗儀器調(diào)節(jié)困難、測量精準度要求高的特點，設(shè)計了一種高度易于精準調(diào)節(jié)、擴束能力易于改變的擴束器調(diào)節(jié)裝置。使用這種擴束器調(diào)節(jié)裝置可極大降低光學(xué)實驗儀器的調(diào)節(jié)難度，充分滿足不同實驗對擴束的要求，從而有效保障了實驗的準確測量。

1 常用擴束器的調(diào)節(jié)原理及不足

1.1 常用擴束器的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)原理

目前常用的光學(xué)擴束器調(diào)節(jié)裝置，其結(jié)構(gòu)通常有兩種：一種是帶調(diào)節(jié)桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置，另一種是帶伸縮桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置。

帶調(diào)節(jié)桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置，它由底座、固定套管、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)桿鎖緊螺釘、擴束透鏡等組成。固定套管通過底部螺柱旋入底座中心孔內(nèi)的螺旋上，實現(xiàn)穩(wěn)固連接;調(diào)節(jié)桿插入固定套管中，調(diào)節(jié)桿嵌入固定套管內(nèi)的長度由人為控制并由調(diào)節(jié)桿鎖緊螺釘將其鎖緊在固定套管上;調(diào)節(jié)桿的上方是一個螺柱，擴束透鏡通過其底部孔內(nèi)的螺旋旋入調(diào)節(jié)桿上方的螺柱，形成整體連接。這種擴束器調(diào)節(jié)裝置，完全靠手工通過改變調(diào)節(jié)桿嵌入固定套管內(nèi)的長度，再通過調(diào)節(jié)桿鎖緊螺釘鎖緊調(diào)節(jié)桿，以實現(xiàn)擴束透鏡的高度調(diào)節(jié)。

帶伸縮桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置，它由底座、伸縮桿、擴束透鏡等組成。底座中心的圓孔內(nèi)有螺旋，伸縮桿的底部是一個螺柱，將螺柱旋入底座中心的圓孔實現(xiàn)二者的連接;伸縮桿的上方同樣是一個螺柱，擴束透鏡通過其底部孔內(nèi)的螺旋旋入伸縮桿上方的螺柱，從而連接為一體。這種擴束器調(diào)節(jié)裝置，是通過抽拉伸縮桿的長度，實現(xiàn)擴束透鏡的高度調(diào)節(jié)。

1.2 兩種常用擴束器的不足

光學(xué)實驗的特點是光路調(diào)節(jié)要求高、調(diào)節(jié)難度大，只有滿足各種光具組等高、共軸的調(diào)節(jié)要求，達到近軸光線的成像條件，從而使成像的清晰度高和像差小，才能開始進行實驗測量。

無論是帶調(diào)節(jié)桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置還是帶伸縮桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置，使用過程中普遍存在擴束透鏡的高度調(diào)節(jié)不精準，常常需要多次改變調(diào)節(jié)桿嵌入固定套管內(nèi)的長度，或不斷抽拉伸縮桿的長度，才能達到高度調(diào)節(jié)要求，調(diào)節(jié)過程較為麻煩、費時費力;由于調(diào)節(jié)桿長度和伸縮桿伸縮長度的限制，以上兩種常用擴束器調(diào)節(jié)裝置中擴束透鏡的高度調(diào)節(jié)范圍偏小，對有些光學(xué)實驗必須將擴束器放在升降臺或其他物塊上，輔助增加擴束鏡的高度，這樣做既增加了光路布置的困難，而且還降低了實驗光具組的穩(wěn)定度;第三個不足之處是：常見的兩種擴束器調(diào)節(jié)裝置都固定套配一種擴束透鏡，擴束透鏡的不可更換帶來了擴束能力受限，給有些光學(xué)實驗帶來較大困難;對于帶伸縮桿的擴束器調(diào)節(jié)裝置，在進行抽拉伸縮桿時可能將伸縮桿拉開，導(dǎo)致擴束器調(diào)節(jié)裝置的損壞。

2 一種易于精準調(diào)節(jié)的擴束器的設(shè)計

針對現(xiàn)有擴束器的高度調(diào)節(jié)不精準、擴束鏡的高度調(diào)節(jié)范圍小以及擴束透鏡不便更換帶來的擴束能力受限等問題，設(shè)計了易于精準調(diào)節(jié)的擴束器調(diào)? 節(jié)裝置。

2.1 易于精準調(diào)節(jié)的擴束器器調(diào)節(jié)裝置設(shè)計示意圖

如圖 1，一種易于精準調(diào)節(jié)的擴束器調(diào)節(jié)裝置，包括螺旋高度調(diào)節(jié)架、調(diào)節(jié)管、調(diào)節(jié)管鎖緊螺釘、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)桿鎖緊螺釘、擴束透鏡架和擴束透鏡等組成。

2.2 螺旋高度調(diào)節(jié)架的構(gòu)造和調(diào)節(jié)原理

螺旋高度調(diào)節(jié)架由防滑底座（中心有螺旋孔）、固定粗螺桿（下端有螺柱）、螺旋套管、調(diào)節(jié)部、調(diào)節(jié)管鎖緊螺釘?shù)冉M成，如圖 2 所示。組裝時，將固定粗螺桿下端的螺柱旋入防滑底座中心的螺旋孔內(nèi); 螺旋套管通過螺旋旋在固定粗螺桿上;調(diào)節(jié)部下方是螺旋，用以旋緊在螺旋套管上方的螺旋套內(nèi)，上方是一個柱形管，柱形管的一側(cè)是調(diào)節(jié)管鎖緊螺釘。當螺旋套在固定粗螺桿上轉(zhuǎn)動時，螺旋套管帶動調(diào)節(jié)部一起向上或向下運動，由于螺旋沿螺柱轉(zhuǎn)動，因此調(diào)節(jié)部運動距離連續(xù)可調(diào)，易于實現(xiàn)精準調(diào)節(jié)。

2.3 擴束透鏡高度可精準調(diào)節(jié)的設(shè)計

組裝易于精準調(diào)節(jié)的擴束器器調(diào)節(jié)裝置時，先將螺旋高度調(diào)節(jié)架的固定粗螺桿下端的螺柱旋入防底座中心的螺旋孔內(nèi)并旋緊;然后將調(diào)節(jié)管嵌入螺旋高度調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)部上方的柱形管中，嵌入長度根據(jù)需要調(diào)整，并通過柱形管一側(cè)的調(diào)節(jié)管鎖緊螺釘鎖緊調(diào)節(jié)管;將調(diào)節(jié)桿不帶螺柱的一端插入調(diào)節(jié)管中，嵌入長度根據(jù)儀器光電而定，并通過調(diào)節(jié)桿鎖緊螺釘固定住;將擴束透鏡架下方的螺旋孔旋在調(diào)節(jié)桿的螺柱上，最后將擴束透鏡嵌入擴束透鏡架的兩圓弧型彈性鋼片之間。

光學(xué)實驗中光具組的等高、共軸的精準調(diào)節(jié)至關(guān)重要的，本設(shè)計的精準調(diào)節(jié)擴束器調(diào)節(jié)裝置，通過? ?以下兩方面的調(diào)節(jié)實現(xiàn)擴束鏡高度的精準調(diào)節(jié)：一是根據(jù)光學(xué)實驗中其他光學(xué)儀器的高度，選擇性的使用調(diào)節(jié)管、調(diào)節(jié)管嵌入調(diào)節(jié)部中的長度和調(diào)節(jié)桿嵌入調(diào)節(jié)管中的長度來大致決定擴束透鏡的高度;二是通過螺旋高度調(diào)節(jié)架的螺旋實現(xiàn)精準調(diào)節(jié)，在擴束透鏡大致與其他光學(xué)儀器等高時，由于螺旋套管的調(diào)節(jié)螺旋的調(diào)節(jié)范圍為 0-12mm，通過轉(zhuǎn)動螺旋套管，可實現(xiàn)精準調(diào)節(jié)，且操作簡單，徹底改變了傳統(tǒng)擴束器需要反復(fù)多次改變調(diào)節(jié)桿嵌入套管內(nèi)的長度或反復(fù)抽拉伸縮桿的長度所帶來的調(diào)節(jié)困難。

2.4 擴大擴束透鏡高度調(diào)節(jié)范圍的設(shè)計

不難看出，本設(shè)計的精準調(diào)節(jié)擴束器調(diào)節(jié)裝置的總體高度，由螺旋高度調(diào)節(jié)架的高度 48～60 毫米連續(xù)可調(diào)、調(diào)節(jié)管的高度是 160mm 毫米、調(diào)節(jié)桿的高度是 200 毫米、擴束透鏡架及擴束透鏡中心的高度約 30mm 等四個部分構(gòu)成，通過選擇性地使用調(diào)節(jié)管，本設(shè)計的精準調(diào)節(jié)擴束器調(diào)節(jié)裝置中擴束透鏡高度的調(diào)節(jié)范圍 438～450mm（使用調(diào)節(jié)管）、278～290mm（不使用調(diào)節(jié)管）。

2.5 方便更換多種擴束透鏡的設(shè)計

現(xiàn)有的擴束器調(diào)節(jié)裝置中的擴束透鏡，多是通過其下方的帶孔的螺旋旋入調(diào)節(jié)桿或伸縮桿上螺柱來實現(xiàn)連接的，為改變擴束鏡的擴束本領(lǐng)，在需要更換擴束透鏡時，對于底部不帶螺旋孔或螺旋孔大小與螺柱大小不匹配時，將無法連接到調(diào)節(jié)桿或伸縮桿的螺柱上，因此限制了擴束透鏡的更換，使擴束能力不能改變。對于本設(shè)計的精準調(diào)節(jié)擴束器調(diào)節(jié)裝置，擴束透鏡是通過嵌入擴束透鏡架的兩個圓弧形彈性鋼片之間來實現(xiàn)連接的，因此在需要更換擴束透鏡時，只需將需要的擴束透鏡嵌入到擴束透鏡架的兩個圓弧形彈性鋼片之間即可，更換十分簡單，極大滿足了不同擴束能力的需要。

3 一種易于精準調(diào)節(jié)的擴束器使用

首先根據(jù)實驗需要選擇合適的擴束透鏡，將其安裝在擴束透鏡支架上;根據(jù)實驗中其他光學(xué)儀器的高度，判斷是否使用調(diào)節(jié)管;調(diào)整調(diào)節(jié)管嵌入調(diào)節(jié)部的長度、改變調(diào)節(jié)桿嵌入調(diào)節(jié)管內(nèi)的長度，使擴束透鏡中心大致與其他光學(xué)儀器等高;開啟光源，轉(zhuǎn)動螺旋高度調(diào)節(jié)架的螺旋套管，使光束準確地照在擴束透鏡的中心。

4 結(jié)語

本設(shè)計的易于精準調(diào)節(jié)的擴束器調(diào)節(jié)裝置，通過使用調(diào)節(jié)管、調(diào)節(jié)桿，尤其使用了螺旋高度調(diào)節(jié)架，通過三者的配合調(diào)節(jié)，不僅擴大了擴束透鏡高度的調(diào)節(jié)范圍，而且實現(xiàn)了擴束透鏡高度的精準調(diào)節(jié)，該裝置使用簡單、操作便利，較好地滿足了光學(xué)實驗的需要，可有效取代現(xiàn)有光學(xué)擴束器。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】