[發(fā)明專利]一種錐形小孔光闌及其制作方法

有效

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• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN104252014A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿旭輝;關(guān)亞風(fēng);劉洪鵬;吳大朋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種錐形小孔光闌及其制作方法，能夠使放置光源和光學(xué)組件的圓柱形凹槽與小孔光闌的同軸對準(zhǔn)精度提高，從而使光源和光學(xué)組件與小孔光闌的同軸對準(zhǔn)精度更高，提高耦合效率。該錐形小孔光闌及其制作方法可用于光學(xué)系統(tǒng)中對光源限束、控制光源光束的光能量。

背景技術(shù)

光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌。能進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光束，其大小是由透鏡框和其他金屬框決定的。往往這樣限制光束還不夠，還要在系統(tǒng)中設(shè)置一些帶孔的金屬薄片來限制光束，稱為光闌。光闌的通光孔一般呈圓形，其中心在光源或透鏡的中心軸上，故稱為小孔光闌。小孔光闌可分為分立式和集成式。分立式小孔光闌一般為中心帶孔的圓形薄片，制作方法為在圓形薄片中心直接鉆孔。在光學(xué)系統(tǒng)中使用分立式小孔光闌時，需要調(diào)節(jié)它與光源和光學(xué)組件的同軸對準(zhǔn)。調(diào)節(jié)方法為：給光源、光學(xué)組件和小孔光闌都加上三維調(diào)整架或頂絲，根據(jù)光路追跡、光功率檢測或者成像光學(xué)等光學(xué)原理反復(fù)調(diào)節(jié)光路，使光源、光學(xué)組件和小孔光闌同軸對準(zhǔn)，調(diào)節(jié)過程比較繁瑣。集成式小孔光闌一般為底板中心帶孔的空心圓柱體。將光源和光學(xué)組件放入其同軸空心腔中，使光源和光學(xué)組件與底板上的同軸中心孔自動對準(zhǔn)，無需調(diào)節(jié)。制作方法為：先將實(shí)心圓柱體鉆出一個同軸圓柱形大孔作為放置光源和光學(xué)組件的空心腔，再對底板二次鉆小孔制成小孔光闌。由于空心腔要放置光源和光學(xué)組件，深度一般為十幾至幾十毫米；而底板中心小孔的直徑很小，一般為零點(diǎn)幾毫米，扣除鉆床夾持長度后，相應(yīng)直徑的有效鉆頭長度為幾毫米至十幾毫米。因此，從空心腔的頂部往底部鉆孔，鉆頭不夠長，需要把圓柱體從鉆床上取下來翻轉(zhuǎn)過來再夾持，從圓柱體的底部進(jìn)行鉆孔。這樣，大孔與小孔就會存在同軸對準(zhǔn)偏差。因?yàn)閷⒐ぜ你@床上取下來再反過來夾持，就會引入徑向?qū)?zhǔn)誤差，導(dǎo)致空心腔與小孔光闌的同軸精度明顯降低。將光源和光學(xué)組件放入同軸空心腔后，它們與小孔光闌的同軸對準(zhǔn)會有偏差，耦合效率會降低。

發(fā)明專利內(nèi)容

本發(fā)明專利提供了一種錐形小孔光闌及其制作方法，目的是使放置光源和光學(xué)組件的圓柱形凹槽與小孔光闌的同軸對準(zhǔn)精度顯著提高，從而提高光源和光學(xué)組件與小孔光闌同軸對準(zhǔn)的精度，提高耦合效率。具體的，圓柱形實(shí)心體上設(shè)有同軸圓柱形凹槽，圓柱形凹槽的底部為工藝倒圓錐臺形凹槽，倒圓錐臺形凹槽的下端面設(shè)有與其同軸的小孔光闌。錐形小孔光闌的制作方法是打磨或線切割及去毛刺處理等。其中，打磨深度和線切割坐標(biāo)可以用公式計算得出。

本發(fā)明專利的技術(shù)方案是：

一種錐形小孔光闌，包括圓柱形實(shí)心體，沿其中心軸線設(shè)有與圓柱形實(shí)心體同軸的圓柱形凹槽，于圓柱形凹槽的底部設(shè)有與圓柱形實(shí)心體同軸的倒圓錐臺形凹槽，于倒圓錐臺形凹槽的下端面處設(shè)有通孔，作為小孔光闌，與倒圓錐臺形凹槽和圓柱形凹槽同軸。

所述圓柱形凹槽的底面與倒圓錐臺形凹槽的大底面大小相同。

所述倒圓錐臺形凹槽的小底面與小孔光闌大小相同。

所述小孔光闌的直徑可根據(jù)實(shí)際光學(xué)儀器的需要加工，一般為0.2mm-2mm。

所述圓柱形凹槽和倒圓錐臺形凹槽的內(nèi)表面設(shè)有黑色涂層。

所述黑色涂層的材料為氧化鋁等金屬氧化物或油漆等高分子材料。

所述圓柱形實(shí)心體的材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或聚甲醛、聚氯乙烯等高分子材料。

所述的錐形小孔光闌的制作方法，包括以下幾個步驟：

1）用麻花鉆頭在圓柱形實(shí)心體上沿其中心軸線鉆孔，制得圓柱形凹槽；倒圓錐臺形凹槽的表面為工藝錐臺面，是用麻花鉆頭鉆孔時，鉆尖在圓柱形凹槽的底部自然形成的，錐角一般為120°-170°；

2）用平面磨床從圓柱形實(shí)心體的底部外表面朝著倒圓錐臺形凹槽的方向逐漸打磨，直到將倒圓錐臺形凹槽的下端面打磨出所需直徑的小孔光闌為止；或也可用線切割將圓柱形實(shí)心體切割出所需直徑的小孔光闌；打磨深度和線切割坐標(biāo)x按公式計算：x=1-h-cot(a/2)×(d₁-d₂)/2；

l，圓柱形實(shí)心體的長度；

h，圓柱形凹槽的深度；

d₁，圓柱形凹槽的直徑；

d₂，小孔光闌的直徑；

a，錐角；

3）對小孔光闌的內(nèi)側(cè)邊緣進(jìn)行去毛刺打磨處理。

所述圓柱形凹槽的直徑和深度可根據(jù)所用光源的類型、尺寸和光學(xué)組件的參數(shù)來加工。

本發(fā)明專利具有如下優(yōu)點(diǎn)：