TWI446045B - 光學元件調整機構 - Google Patents

Description

光學元件調整機構

本發明是有關於一種調整機構，特別是有關於一種高精確度、高定位能力及高耐振動之光學元件調整機構。

人造衛星遙測酬載儀主要任務為獲取地表影像資料，作為環境監控、農林規劃、災害評估及科學研究等用途，為確保良好的遙測取像品質，必須維持酬載結構內部光學元件尺寸及相對位置的穩定，以及抵抗外在環境干擾的能力，故須具備相當良好的結構性能要求。衛星遙測酬載之反射式望遠鏡結構中，光學元件(如次鏡)的調整機構由於必須負擔精密光學校準調整的需求，同時其結構又必須承受高強度振度與高加速度衝擊(如搭載於火箭升空時)，故光學元件調整機構往往是為航太工業的一大研究重點。

目前，現行之技術或常應用於實驗室之光學調整機構，大多是使用精密螺絲之方式，以達成精密調整之需求。然，精密螺絲為達其可以精密調整之目的，其螺紋通常設置的較一般之螺絲之螺紋細小；因其螺紋細小之關係，於火箭升空時的高強度振動狀況下，對於光學元件之相對位置的穩定性，往往帶來了一大問題。故，如何提升高耐振動、折高精確度及高定位能力，實為一刻不容緩之議題。

綜觀前所述，本發明之發明人思索並設計一種光學元件調整機構，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種光學元件調整機構，以解決習知技術中耐振動性的不足。

根據本發明之目的，提出一種光學元件調整機構，係應用於承載一反射式光學裝置，其包含：一基座及一承載元件。基座活動組裝於反射式光學裝置上，並為中空管狀結構，且其兩側分別具有一開口，而其中一開口之內緣設有向中心凸伸之複數個承載面，及設有沿基座之管壁凸伸之二承靠面，且其為平面，並垂直於複數個承載面。

承載元件活動組裝於基座，並具有一第一表面、一第二表面及二基準面。第一表面平貼於複數個承載面。第二表面設有一連接部，且連接部連接光學元件。二基準面設於承載元件之側壁，且垂直於第一表面，並分別平貼於二承靠面。其中基座與承載元件間藉由活動組裝至少一調整墊片，以進行精密調整。

其中，該二承靠面可相互正交，且該二承靠面可分別與二基準面平行。

其中，該複數個承載面可分別設有一通孔；承載元件可對應通孔設有複數個栓接孔，並分別以一栓接元件栓接。

其中，該至少一調整墊片可各別或同時置放於第一表面與複數個承載面之間，以進行精密調整。

其中，該至少一調整墊片可各別或同時置放於二承靠面與二基準面之間，以進行精密調整。

此外，根據本發明之目的，再提出一種光學元件調整機構，係應用於承載一反射式光學裝置，其包含：一基座、一承載元件及一轉接元件。基座活動組裝於反射式光學裝置。基座為中空管狀結構，其兩側分別具有一開口，且其中一開口之周緣設有向中心凸伸之複數個承載面，及設有沿管壁凸伸之二承靠面，二承靠面係為平面，並垂直於複數個承載面。承載元件具有一第一表面及一第二表面。第一表面設有凸伸之一凸出部，且其具有一頂面及二第一基準面；該頂面垂直於二第一基準面，二第一基準面設於凸出部之側壁。第二表面設有一連接部，藉由連接部連接光學元件。

轉接元件活動組裝於基座上，並具有一第三表面、一第四表面及二第二基準面。第三表面平貼於複數個承載面，且垂直於二第二基準面。第四表面上係對應凸出部設有一凹槽，該凹槽之側壁設有二第一承靠面；承載元件之凸出部係嵌入凹槽，且二第一基準面平貼於二第一承靠面，頂面平貼於凹槽之一底面，以活動組裝於轉接元件。二第二基準面係設於該轉接元件之側壁，並分別平貼於該二承靠面。其中轉接元件與基座藉由活動組裝至少一調整墊片，以進行精密調整。

其中，該二第二基準面可分別平行於二承靠面，該第三表面可平行於複數個承載面。

其中，該二第一基準面可分別平行於二第一承靠面，該頂面可平 行於凹槽之底面。

其中，該複數個承載面可分別設有一第一通孔；該轉接元件可對應第一通孔設有複數個第一栓接孔，並分別以一栓接元件栓接。

其中，該轉接元件可對應二第一承靠面設有複數個第二栓接孔，並分別以栓接元件栓接，以使承載元件往轉接元件之二第一承靠面緊貼。

其中，該凹槽可設有複數個第二通孔，承載元件之凸出部可對應複數個第二通孔設有複數個第三栓接孔，並分別以栓接元件栓接。

其中，該至少一調整墊片可各別或同時置放於第三表面與複數個承載面之間。

其中，該至少一調整墊片可各別或同時置放於二承靠面與二第二基準面之間。

承上所述，依本發明之光學元件調整機構，其可具有一或多個下述優點：

(1)此光學元件調整機構可藉由三個相互正交之面，藉此可提高組裝時之定位能力。

(2)此光學元件調整機構可藉由精密調整墊片以調整光學元件之傾斜度與偏心量，藉此可提高光學元件調整之精密度。

(3)此光學元件調整機構可藉由使用一般之栓接元件組裝，藉此可提高光學元件調整機構之耐振度。

(4)此光學元件調整機構可藉由光學元件與承載元件可拆裝之方式，藉此可避免高單價之光學元件因調整與加工作業而損壞。

10‧‧‧基座

11‧‧‧開口

12‧‧‧承載面

121‧‧‧通孔

122‧‧‧第一通孔

13‧‧‧承靠面

20‧‧‧承載元件

21‧‧‧第一表面

211‧‧‧凸出部

2111‧‧‧頂面

2112‧‧‧第一基準面

2113‧‧‧第三栓接孔

22‧‧‧第二表面

221‧‧‧連接部

23‧‧‧基準面

24‧‧‧栓接孔

25‧‧‧辨識記號

30‧‧‧栓接元件

40‧‧‧光學元件

50‧‧‧轉接元件

51‧‧‧第三表面

52‧‧‧第四表面

521‧‧‧凹槽

5211‧‧‧第一承靠面

5212‧‧‧底面

5213‧‧‧第二通孔

53‧‧‧第二基準面

54‧‧‧第二栓接孔

55‧‧‧第一栓接孔

60‧‧‧調整墊片

S31~S35‧‧‧第一實施例之調整方法步驟

S91~S97‧‧‧第二實施例之調整方法步驟

第1圖 係為本發明之光學元件調整機構之第一實施例之爆炸圖；第2圖 係為本發明之光學元件調整機構之第一實施例之組合圖；第3圖 係為本發明之光學元件調整機構之第一實施例之調整方法之步驟圖；第4圖 係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之爆炸圖；第5圖 係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之組合圖；第6圖 係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之正視示意圖；第7圖 係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之承載元件與轉接元件定位重覆性示意圖；第8圖 係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之承載元件與轉接元件之組合件與基座定位重覆性示意圖；以及第9圖 係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之調整方法之步驟圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之光學元件調整機構之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

本發明之光學元件調整機構係應用於承載一反射式光學裝置。而常用之光學元件為軸對稱之光學元件，其光軸之軸向定義為Z軸，而與其正交的兩個軸向為X軸與Y軸。光學元件在校準光路時需要調整的軸向分別為X軸、Y軸與Z軸的位置平移，以及相對於X軸與Y軸而旋轉的傾斜調整(tilt)。

請一併參閱第1圖及第2圖，第1圖係為本發明之光學元件調整機構之第一實施例之爆炸圖；第2圖係為本發明之光學元件調整機構之第一實施例之組合圖。如圖所示，光學元件調整機構包含：一基座10、一承載元件20。其中基座10活動組裝於反射式光學裝置，其為減重之中空管狀結構，且其兩側分別具有一開口11，而其中一開口11之內緣設有向中心凸伸之複數個承載面12，及設有沿基座10之管壁凸伸之二承靠面13，且其為平面並垂直於複數個承載面12。承載元件20係活動組裝於基座10，並具有一第一表面21、一第二表面22及二基準面23。第一表面21平貼於複數個承載面12。第二表面22設有一連接部221。二基準面23設於承載元件20之側壁，且垂直於第一表面21，並分別平貼於二承靠面13。其中承載面12之數量可因應實際設計需求而變更，於本實施例中係以最基本之三個承載面12作為示範態樣，應不以此為限。

其中，基座10之三個承載面12上可分別設有一第一通孔121，而承載元件20上可對應第一通孔121設有三個栓接孔24；當承載元件20欲組裝至基座10時，先將承載元件20之二基準面23平貼緊靠於基座10之二承靠面13，再分別以一栓接元件30穿過基座10之通孔121栓接於承載元件20之栓接孔24。其中，栓接元件30可為一般螺絲或止付螺絲，於本實施例中係以一般螺絲作為示範態樣， 應不以此為限。又為於組裝之便利性，可於承載元件20設有一辨識記號25，以供組裝時元件之方向性，可輕易辨識。當基座10與承載元件20組裝完成後，即可將光學元件40組裝至承載元件20之第二表面22之連接部221。

本發明運用二承靠面13相互正交作為基準面，且承靠面13再與承載面12相互正交，使承載元件20之二基準面23及第一表面21與其平貼緊靠，以限制光學元件調整機構的六個軸向自由度(X軸、Y軸與Z軸的位置平移，以及相對於X軸、Y軸與Z軸而旋轉的傾斜調整)，而使得每次組裝基座10與承載元件20的相對位置均在一極小的公差範圍內。基於光學元件調整機構的精密定位，始能夠使用調整墊片60來進行姿態之精密調整。

請參閱第3圖，其係為本發明之光學元件調整機構之第一實施例之調整方法之步驟圖。如圖所示，調整方法如下列步驟：(S31)組裝一基座至一反射式光學裝置；(S32)使一承載元件之一第一表面平貼於該基座之複數個承載面；(S33)使該承載元件之二基準面往該基座之二承靠面承靠，以進行定位組裝；(S34)使用至少一調整墊片活動組裝於該基座與該承載元件間，以進行精密調整；以及(S35)組裝一光學元件至該承載元件之一連接部。

其中步驟(S33)係將承載元件往基座承靠，以限制Z軸方向之自由度；另，將承載元件之二基準面往基座之承靠面承靠以限制X軸及Y軸方向的自由度，而同時X軸、Y軸與Z軸的傾斜也被限制。 由於六個自由度均被限制，以使用元件之間的定位達成。步驟(S32)係將調整墊片置於承靠面與基準面或承載面與第一表面之間；當進行X軸、Y軸或其組合之方向調整時，係可將調整墊片置於承靠面與基準面間，以進行以Z軸為軸心的偏心(de-center)調整，而當將調整墊片置於承載面與第一表面間可為進行傾斜與Z軸方向的位置調整，如當三個承載面第一表面間之調整墊片厚度一致時，即為單獨對Z軸方向之位置進行調整；又，當三個承載面第一表面間之調整墊片厚度不一致時，即為調整傾斜量。

而於調整時，可將栓接元件鬆開，以進行調整墊片之厚度增加或減少，結束後再利用往基準面承靠之方式裝回原位，以達到定位與精密調整的功能。其中調整墊片之厚度增加或減少，係可利用增加或減少調整墊片之數量或變更為不同厚度之調整墊片來達成，亦可利用精密加工之方式(如研磨)來達到減少調整墊片厚度之目的。

請一併參閱第4圖、第5圖及第6圖，第4圖係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之爆炸圖；第5圖係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之組合圖；第6圖係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之正視示意圖。如圖所示，光學元件調整機構係包含：一基座10、一轉接元件50及一承載元件20。基座10係為環狀之一殼體，該殼體之兩側分為具有一開口11，該殼體之其中一開口11之周緣係凸設有複數個承載面12及二承靠面13。承載元件20係具有一第一表面21及一第二表面22。該第一表面21設有一凸出部211，凸出部211具有一頂面2111及二第一基準面2112。轉接元件50可為一十字狀塊體，係具有一第三表面51、一第四 表面52及二第二基準面53。其中第四表面52係具有十字狀之一凹槽521，該凹槽521內設有二第一承靠面5211。該第一承靠面5211係為該凹槽521之側壁。該凹槽521之外形對應凸出部211之外形，且該凸出部211之高度亦對應凹槽521之深度。第一基準面2112係為凸出部211之側壁。其中承載面12之數量可因應實際設計需求而變更，於本實施例中係以四個承載面12作為示範態樣，應不以此為限。

請參閱第6圖。其中，承載元件20先藉由第一基準面2112平貼緊靠於第一承靠面5211，且頂面2111平貼緊靠於凹槽521之一底面5212，以進行定位。轉接元件50對應該些第一承靠面5211設有二個第二栓接孔54，再將栓接元件30分別鎖進至第二栓接孔54，以使承載元件20於轉接元件50上完成定位。該凹槽521設有複數個第二通孔5213，該承載元件20之該凸出部211對應該複數個第二通孔5213設有複數個第三栓接孔2113，並分別以栓接元件30栓接。

於承載元件20與轉接元件50之組合關係中，藉由二第一承靠面5211相互正交，且與該凹槽521之底面5212相互正交，而該些第一基準面2112分別平行於該些第一承靠面5211，該頂面2111平行於該凹槽521之該底面5212。以限制光學元件調整機構的六個軸向自由度，並可使得每次組裝承載元件20與轉接元件50的相對位置均在一極小的公差範圍內(如第7圖所示)。

承載元件20與轉接元件50組合後之組合件與基座10之組合方式與第一實施例中之基座10與承載元件20之組合方式類似，於此不再贅述。同樣地，基座10之二承靠面13相互正交，且與四個承載面 12再相互正交，承載面12分別設有一第一通孔121，轉接元件50對應該些第一通孔121設有複數個第一栓接孔55，並分別以栓接元件30栓接，以限制光學元件調整機構的六個軸向自由度，並可使得每次組裝時元件與元件的相對位置均在一極小的公差範圍內(如第8圖所示)，基於光學元件調整機構的精密定位，始能夠使用調整墊片60來進行姿態之精密調整。

請參閱第9圖，其係為本發明之光學元件調整機構之第二實施例之調整方法之步驟圖。如圖所示，調整方法如下列步驟：(S91)組裝一基座至一反射式光學裝置；(S92)使一承載元件之一凸出部之一頂面平貼於一轉接元件之一凹槽之一底面；(S93)使該承載元件之二第一基準面平貼於該轉接元件之二第一承靠面；(S94)使該轉接元件之一第三表面平貼於該基座之複數個承載面；(S95)使該轉接元件之二第二基準面平貼於該基座之二承靠面，以進行定位組裝；(S96)使用至少一調整墊片活動組裝於該基座與該轉接元件間，以進行精密調整；以及(S97)組裝一光學元件至該承載元件之一連接部。

本實施例之調整方法的詳細說明，除上述說明部份外，其餘實施方式均與第一實施例類似，於此不再贅述。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申 請專利範圍中。

10‧‧‧基座

11‧‧‧開口

12‧‧‧承載面

121‧‧‧通孔

13‧‧‧承靠面

20‧‧‧承載元件

21‧‧‧第一表面

22‧‧‧第二表面

221‧‧‧連接部

23‧‧‧基準面

24‧‧‧栓接孔

25‧‧‧辨識記號

30‧‧‧栓接元件

40‧‧‧光學元件

60‧‧‧調整墊片

Claims (13)

1. 一種光學元件調整機構，係應用於承載一反射式光學裝置，其包含：一基座，係活動組裝於該反射式光學裝置，該基座係為中空管狀結構，且其兩側分別具有一開口，而其中一該開口之內緣設有向中心凸伸之複數個承載面，及設有沿該基座之管壁凸伸之二承靠面，該二承靠面係為平面，並垂直於該複數個承載面；以及一承載元件，係活動組裝於該基座，並具有一第一表面、一第二表面及二基準面，該第一表面平貼於該複數個承載面，該第二表面設有一連接部，該連接部係連接一光學元件，該二基準面設於該承載元件之側壁，且垂直於該第一表面，該二基準面分別平貼於該二承靠面；其中，該基座與該承載元件間藉由活動組裝至少一調整墊片，以進行精密調整。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件調整機構，其中該二承靠面相互正交，且該二承靠面分別與該二基準面平行。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件調整機構，其中該複數個承載面分別設有一第一通孔，該承載元件對應該第一通孔設有複數個栓接孔，並分別以一栓接元件栓接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件調整機構，其中該至少一調整墊片各別或同時置放於該第一表面與該複數個承載面之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件調整機構，其中該至少一調 整墊片各別或同時置放於該二承靠面與該二基準面之間。
6. 一種光學元件調整機構，係應用於承載一反射式光學裝置，其包含：一基座，係活動組裝於該反射式光學裝置，該基座係為中空管狀結構，其兩側分別具有一開口，且其中一該開口之周緣設有向中心凸伸之複數個承載面，及設有沿管壁凸伸之二承靠面，該二承靠面係為平面，並垂直於該複數個承載面；一承載元件，係具有一第一表面及一第二表面，該第一表面設有凸伸之一凸出部，且其具有一頂面及二第一基準面，該頂面垂直於該二第一基準面，該二第一基準面設於該凸出部之側壁，該第二表面設有一連接部，該連接部係連接一光學元件；以及一轉接元件，係活動組裝於該基座上，並具有一第三表面、一第四表面及二第二基準面，該第三表面平貼於該複數個承載面，且垂直於該二第二基準面，該第四表面上係對應該凸出部設有一凹槽，該凹槽之側壁設有二第一承靠面，該承載元件之該凸出部係嵌入該凹槽，且該二第一基準面平貼於該二第一承靠面，該頂面平貼於該凹槽之一底面，以活動組裝於該轉接元件，該二第二基準面係設於該轉接元件之側壁，該二第二基準面分別平貼於該二承靠面；其中，該轉接元件與該基座藉由活動組裝至少一調整墊片，以進行精密調整。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件調整機構，其中該二第二基準面分別平行於該二承靠面，該第三表面平行於該複數個承載面。
8. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件調整機構，其中該二第一 基準面分別平行於該二第一承靠面，該頂面平行於該凹槽之該底面。
9. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件調整機構，其中該複數個承載面分別設有一第一通孔，該轉接元件對應該第一通孔設有複數個第一栓接孔，並分別以一栓接元件栓接。
10. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件調整機構，其中該轉接元件對應該二第一承靠面設有複數個第二栓接孔，並分別以一栓接元件栓接，使該承載元件往該轉接元件之該二第一承靠面緊貼。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學元件調整機構，其中該凹槽設有複數個第二通孔，該承載元件之該凸出部對應該複數個第二通孔設有複數個第三栓接孔，並分別以該栓接元件栓接。
12. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件調整機構，其中該至少一調整墊片各別或同時置放於該第三表面與該複數個承載面之間。
13. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件調整機構，其中該至少一調整墊片各別或同時置放於該二承靠面與該二第二基準面之間。