[发明专利]一种紧凑型背装式透镜的三自由度精密调整装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学透镜的三自由度精密调整装置领域。

背景技术

以化石燃料为代表的非可再生能源储量有限无法维持人类长远发展。核聚变具有环境污染小、燃料充足、释放能量大等优点，有望实现能量的永续供给。惯性约束激光核聚变作为受控核聚变方式之一近年来受到科技界的高度重视。

要产生聚变所需的超高温超高压条件，必须将多路高能激光精确聚焦至靶室中的靶球上。因此，聚焦透镜的空间位置精确调整是惯性约束激光核聚变的关键技术之一。然而直接通过零部件制造、装配来保证透镜位置精度无论从技术角度还是成本角度都不可取。因此一般需要设置调整机构在透镜组装完成后再调整其空间位置，这样可以大大缩短前期零部件制造及装配周期，降低成本。

透镜的空间位姿可以分解为X、Y、Z三个方向的直线平移以及绕上述三轴的转动。而三轴转动自由度可以通过前期制造装配较好地加以控制，并且同时调整以上六个自由度在机构设计及后期位姿调整上都将异常复杂、费时。

在我国建设的神光Ⅲ原型惯性约束激光核聚变装置中，用于四倍频终端的聚焦透镜要求安装于靶球内部，空间狭小，同时透镜位置调整需要在给定的运动行程范围内达到足够调整精度。现有的位置调整机构则无法实现该特殊工况下的小空间、高精度、透镜组背装的要求。

发明内容

本发明为了解决现有透镜位置调整装置移动精度低、透镜安装困难以及无法用于狭小空间的精密聚焦的问题，提出了一种紧凑型背装式透镜的三自由度精密调整装置。

一种紧凑型背装式透镜的三自由度精密调整装置，其特征在于，它包括透镜夹持模块、X向位置调整单元、Y向位置调整单元、Z向位置调整单元和透镜壳体，

所述透镜夹持模块用于夹持透镜，透镜夹持模块安装在X向位置调整单元上，所述X向位置调整单元用于驱动透镜夹持模块在X方向上移动，X向位置调整单元安装在Y向位置调整单元上，所述Y向位置调整单元用于驱动X向位置调整单元在Y方向上移动，Y向位置调整单元安装在Z向位置调整单元上，所述Z向位置调整单元用于驱动Y向位置调整单元在Z方向上移动，Z向位置调整单元安装在透镜壳体上。

有益效果：本发明提供了一种紧凑型背装式透镜的三自由度精密调整装置，结构紧凑、调整精度高、可实现透镜背装。其总体外形尺寸仅为288mm×331mm×187mm，但可实现±5mm的二维平动行程、±20mm的调焦行程以及20μm/step的步进精度和5μm的复位精度。该装置的应用能够很好的解决多路激光小空间和高精度的聚焦难题。同时该装置也可用于其它类似光学单元的位置调整；本发明采用模块化设计，降低了装置总体复杂程度，各模块间相对位置调整均由驱动模块完成，降低了装配制造难度；采用空间三自由度调整结构，通过X、Y、Z三向直线运动复合可实现透镜夹持模块空间位置任意调整。且各模块间耦合度小，调整精度高；本发明的位置调整装置中透镜绕X、Y、Z轴的三向转动均由结构本体保证，装配后无需调整，降低透镜调整自由度，减少了装置设计和后期调整难度，且使得本发明结构更加紧凑；本发明能够解决激光聚变靶室安装空间狭小，且激光焦距要求较短条件下的透镜安装调整装置，能够在靶室内实现聚焦透镜的背装。

附图说明

图1为本发明的整体结构的立体图；

图2为本发明的整体结构的爆炸图；

图3为图2中透镜夹持模块B的左视立体图；

图4为图2中透镜夹持模块B的右视立体图；

图5为透镜夹持模块B中透镜夹持块B3、橡胶压块B5和弹性垫圈B7的连接关系图；

图6为图2中X向位置调整单元C的左视立体图；

图7为图2中X向位置调整单元C的右视立体图；

图8为图2中Y向位置调整单元D的立体图；

图9为图2中Z向位置调整单元A的立体图；

图10为Z向位置调整单元A的轴向剖视图；

图11为图2中透镜壳体E的左视立体图；

图12为以图11为基础，从后面看过去的立体图；

图13为顶板E3、屏蔽片E5、屏蔽片压块E11、透镜橡胶垫E12和屏蔽片安装板E4的连接关系图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种紧凑型背装式透镜的三自由度精密调整装置包括透镜夹持模块B、X向位置调整单元C、Y向位置调整单元D、Z向位置调整单元A和透镜壳体E，