一種易于精準調節的擴束器裝置

張秀民

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

關鍵詞：擴束器調節裝置;精準調節;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

擴束器廣泛應用于許多光學實驗中，針對光學實驗儀器調節困難、測量精準度要求高的特點，設計了一種高度易于精準調節、擴束能力易于改變的擴束器調節裝置。使用這種擴束器調節裝置可極大降低光學實驗儀器的調節難度，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 常用擴束器的調節原理及不足

1.1 常用擴束器的結構和調節原理

目前常用的光學擴束器調節裝置，其結構通常有兩種：一種是帶調節桿的擴束器調節裝置，另一種是帶伸縮桿的擴束器調節裝置。

帶調節桿的擴束器調節裝置，它由底座、固定套管、調節桿、調節桿鎖緊螺釘、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的螺旋上，實現穩固連接;調節桿插入固定套管中，調節桿嵌入固定套管內的長度由人為控制并由調節桿鎖緊螺釘將其鎖緊在固定套管上;調節桿的上方是一個螺柱，擴束透鏡通過其底部孔內的螺旋旋入調節桿上方的螺柱，形成整體連接。這種擴束器調節裝置，完全靠手工通過改變調節桿嵌入固定套管內的長度，再通過調節桿鎖緊螺釘鎖緊調節桿，以實現擴束透鏡的高度調節。

帶伸縮桿的擴束器調節裝置，它由底座、伸縮桿、擴束透鏡等組成。底座中心的圓孔內有螺旋，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。這種擴束器調節裝置，是通過抽拉伸縮桿的長度，實現擴束透鏡的高度調節。

1.2 兩種常用擴束器的不足

光學實驗的特點是光路調節要求高、調節難度大，只有滿足各種光具組等高、共軸的調節要求，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。

無論是帶調節桿的擴束器調節裝置還是帶伸縮桿的擴束器調節裝置，使用過程中普遍存在擴束透鏡的高度調節不精準，常常需要多次改變調節桿嵌入固定套管內的長度，或不斷抽拉伸縮桿的長度，才能達到高度調節要求，調節過程較為麻煩、費時費力;由于調節桿長度和伸縮桿伸縮長度的限制，以上兩種常用擴束器調節裝置中擴束透鏡的高度調節范圍偏小，對有些光學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定度;第三個不足之處是：常見的兩種擴束器調節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，給有些光學實驗帶來較大困難;對于帶伸縮桿的擴束器調節裝置，在進行抽拉伸縮桿時可能將伸縮桿拉開，導致擴束器調節裝置的損壞。

2 一種易于精準調節的擴束器的設計

針對現有擴束器的高度調節不精準、擴束鏡的高度調節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，設計了易于精準調節的擴束器調? 節裝置。

2.1 易于精準調節的擴束器器調節裝置設計示意圖

如圖 1，一種易于精準調節的擴束器調節裝置，包括螺旋高度調節架、調節管、調節管鎖緊螺釘、調節桿、調節桿鎖緊螺釘、擴束透鏡架和擴束透鏡等組成。

2.2 螺旋高度調節架的構造和調節原理

螺旋高度調節架由防滑底座（中心有螺旋孔）、固定粗螺桿（下端有螺柱）、螺旋套管、調節部、調節管鎖緊螺釘等組成，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; 螺旋套管通過螺旋旋在固定粗螺桿上;調節部下方是螺旋，用以旋緊在螺旋套管上方的螺旋套內，上方是一個柱形管，柱形管的一側是調節管鎖緊螺釘。當螺旋套在固定粗螺桿上轉動時，螺旋套管帶動調節部一起向上或向下運動，由于螺旋沿螺柱轉動，因此調節部運動距離連續可調，易于實現精準調節。

2.3 擴束透鏡高度可精準調節的設計

組裝易于精準調節的擴束器器調節裝置時，先將螺旋高度調節架的固定粗螺桿下端的螺柱旋入防底座中心的螺旋孔內并旋緊;然后將調節管嵌入螺旋高度調節架調節部上方的柱形管中，嵌入長度根據需要調整，并通過柱形管一側的調節管鎖緊螺釘鎖緊調節管;將調節桿不帶螺柱的一端插入調節管中，嵌入長度根據儀器光電而定，并通過調節桿鎖緊螺釘固定住;將擴束透鏡架下方的螺旋孔旋在調節桿的螺柱上，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。

光學實驗中光具組的等高、共軸的精準調節至關重要的，本設計的精準調節擴束器調節裝置，通過? ?以下兩方面的調節實現擴束鏡高度的精準調節：一是根據光學實驗中其他光學儀器的高度，選擇性的使用調節管、調節管嵌入調節部中的長度和調節桿嵌入調節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節架的螺旋實現精準調節，在擴束透鏡大致與其他光學儀器等高時，由于螺旋套管的調節螺旋的調節范圍為 0-12mm，通過轉動螺旋套管，可實現精準調節，且操作簡單，徹底改變了傳統擴束器需要反復多次改變調節桿嵌入套管內的長度或反復抽拉伸縮桿的長度所帶來的調節困難。

2.4 擴大擴束透鏡高度調節范圍的設計

不難看出，本設計的精準調節擴束器調節裝置的總體高度，由螺旋高度調節架的高度 48～60 毫米連續可調、調節管的高度是 160mm 毫米、調節桿的高度是 200 毫米、擴束透鏡架及擴束透鏡中心的高度約 30mm 等四個部分構成，通過選擇性地使用調節管，本設計的精準調節擴束器調節裝置中擴束透鏡高度的調節范圍 438～450mm（使用調節管）、278～290mm（不使用調節管）。

2.5 方便更換多種擴束透鏡的設計

現有的擴束器調節裝置中的擴束透鏡，多是通過其下方的帶孔的螺旋旋入調節桿或伸縮桿上螺柱來實現連接的，為改變擴束鏡的擴束本領，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，將無法連接到調節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。對于本設計的精準調節擴束器調節裝置，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 一種易于精準調節的擴束器使用

首先根據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;根據實驗中其他光學儀器的高度，判斷是否使用調節管;調整調節管嵌入調節部的長度、改變調節桿嵌入調節管內的長度，使擴束透鏡中心大致與其他光學儀器等高;開啟光源，轉動螺旋高度調節架的螺旋套管，使光束準確地照在擴束透鏡的中心。

4 結語

本設計的易于精準調節的擴束器調節裝置，通過使用調節管、調節桿，尤其使用了螺旋高度調節架，通過三者的配合調節，不僅擴大了擴束透鏡高度的調節范圍，而且實現了擴束透鏡高度的精準調節，該裝置使用簡單、操作便利，較好地滿足了光學實驗的需要，可有效取代現有光學擴束器。

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【通聯編輯：李雅琪】