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卓立汉光详解光学调整架夹持与调整核心技术（附产品推荐）
2025-07-31 10:26:07 来源：北京卓立汉光仪器有限公司
在光学系统搭建中，光路的精准对准是保证系统性能的核心前提。光学调整架作为固定和精确调控光学元件姿态的关键装置，能通过细微调整实现光学元件（如透镜、反射镜、棱镜等）在空间位置或角度上的精准定位，从而实现系统的*佳性能。本文将系统介绍光学调整架的相关基础知识。
▲点击查看光学调整架产品光学调整架（也称镜架、调整架、膜片架等）是光机产品中一个重要的组成部分，主要解决各类光学元器件的装卡（夹持、固定）和调整。光学调整架从结构上来说，通常包括：固定板、活动板、驱动机构（螺纹副）、复位机构（弹簧）、锁紧机构等部分。光学元件的夹持：光学元件的夹持主要有：顶丝式、固定式和压圈式（参见图1）
图1. 光学元件的夹持方式对于圆形光学元件，通常我们根据其厚度来考虑夹持方式：-
光学元件厚度小于2.5mm时，推荐压圈式（参见图2a）装卡方式； 光学元件厚度小于1mm时，使用压圈式卡紧时，请使用隔圈（参见图2b）保护
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光学元件厚度在2.5~5mm时，压圈式、顶丝式的调整架，基本都可以正常使用
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光学元件厚度大于5mm时，大多使用顶丝式（参见图2c）装卡方式
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如果光学元件厚度太厚，则需要考虑采用特殊的机构或装卡方式
图2.压圈、隔圈与顶丝对于方形或长方形的片状光学元件，更多是采用固定式的装卡方式（参见图3）：
图3.方形元件的固定方式对于立方体、圆柱体或其它形状的光学元件，我们也有很多解决方案（参见图4）：
图4.立方体、圆柱体的装卡光学元件的调整：同卓立汉光的电动/手动滑台类似，光学元件的调整从总体上说包括空间六个自由度（参见图5），分别是平移方向的X轴、Y轴和Z轴（光轴），角度方向的俯仰（θx）、 偏摆（θy）和旋转（θz）。
图5. 光学元件的调整坐标系光学调整架的结构：调整俯仰、偏摆的结构，通常分为两种 ：一种称为非共面调整，另一种称为共面调整（或万向调整）。
图6. 光学调整架的结构光学调整架的非共面调整机构中，绕俯仰、偏摆的转轴相交在一个角上（通常是钢球所在的位置），由钢球和一套螺纹副，构成一个转动轴，调整另一套螺纹副时，相当于调整架的前面板（活动板）绕此轴转动（参见图6a）。共面调整是指绕俯仰、偏摆的转轴正交在光学元件的中心位置，这样一来，当进行调节时，光学元件的中心位置，不会发生变化（参见图 6b）。万向调整机构从结构上来看，在光路调整时，似乎更方便一些（参见 图6c），但实际上，万向调整机构若想发挥其光轴不发生位置偏移的特性，有一个重要前提：光斑的中心位置，要同转轴的中心位置重合。也就是说，我们要对镜片的厚度、光斑的位置等做出严格要求，才有可能实现万向调整。而且万向调整的转轴结构物理尺寸较大，故常用于大尺寸的光学元件调整架中，如卓立汉光的NMVG系列产品。常规尺寸光学元件调整，多用 “非共面调整机构” 这种形式。光学调整架的非共面调整机构中，为了约束其它自由度方向的偏移，通常有“点-线-面”和“线-线-线”的结构形式（参见图7）：
图7.调整架的结构所谓“点-线-面”结构，是指三个接触位置，分别对一定的空间自由度进行约束（参见图7a），以保证所需自由度上的调整精度，我们分析如下：-
与锥形窝接触的钢球，主要约束XYZ三个自由度的移动，而对三个转动自由度没有约束
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同V型槽接触的钢球，主要约束俯仰（θx）和旋转（θz）两个自由度
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同平面接触的钢球，主要约束偏摆（θy）自由度“线-线-线”结构，是三个钢球分别与V型槽接触（参见图7b），能更好的约束不需要调整的自由度，保证所需自由度上的调整精度。该结构的分析如下：
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位置1与位置2的接触共同作用，约束XYZ三个自由度的移动，同时约束俯仰（θx）和旋转（θz）两个旋转自由度
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位置3与位置2的接触共同作用，约束XYZ三个自由度的移动，同时约束偏摆（θy）和旋转（θz）两个旋转自由度
光学调整架的灵敏度：类似于电动滑台的分辨率或手动滑台的灵敏度，光学调整架也存在灵敏度。结合上述光学调整架的结构和我们在手动滑台产品中介绍的螺纹副的灵敏度概念，我们可以大致推算出光学调整架的灵敏度（参见图8）：
图8. 调整架的灵敏度示意图若螺纹副的灵敏度为2.5m（详见手动滑台产品介绍中相关说明），以卓立汉光OMHS20调整架为例，旋转半径取37mm，则我们可以计算出，该调整架的调整灵敏度：θ=arctg（2.5m/37mm） ≈0.00387°≈0.23′≈13.9″。上述情况是在理想状况下的理论计算值，实际使用中，各个自由度之间，存在一定的影响，所以通常我们并未标称光学调整架的灵敏度。有部分厂商将光学调整架的灵敏度指标，标的非常高，这时请特别留意。比如某厂家标称某款调整架的灵敏度为3.8″，经了解是手轮旋转1°时的指标，但我们在手动滑台综合说明中已经指出：-
人手对角度的灵敏度不高，应该以弧长作为衡量标准
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直径10mm的手轮，旋转1°对应的弧长是0.087mm，人手根本无法分辨所以这样的标称，变得没有意义，有误导消费者的可能。
灵敏度的标称：关于调整架灵敏度的概念和计算方法供您参考。卓立汉光建议以两种方式进行规范标称 ：-
按螺纹副旋转一周（360°）时，调整架活动板的角度变化量来衡量，单位为：°/rev（度/圈）或mrad/rev（毫弧度/圈）。按照此种计算方法，我们可以计算出：卓立汉光OMHS20的整圈调整时的灵敏度为：θ=arctg（0.25mm/37mm）≈0.39°/rev≈6.8mrad/rev
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按照我们在手动滑台综合说明中提到的螺纹副的灵敏度，结合调整架的结构尺寸，进行说明：
我们建议*小旋转弧长取0.2mm~0.5mm的中间值0.35mm。旋转周长是指调节手轮的周长，卓立汉光调整架产品的手轮直径一般为 12mm~18mm，我们取15mm。调整架的旋转半径由其结构决定，对于小尺寸镜片通常在20mm~40mm，我们取30mm。按照这样的计算，卓立汉光的调整架灵敏度通常为12.8″（0.062mrad）左右。光学调整架的主要部件：光学调整架主要由固定板（通常为后板）、活动板（通常为前板）、驱动机构（通常为螺纹副）、复位机构（通常为弹簧）、锁紧机构组成。 其中固定板、活动板作为光学调整架的主体部分，主要同结构设计、材料有关。复位机构：调整架的复位机构，通常都是由弹簧构成，光学调整架中常用的弹簧有碟形弹簧（简称碟簧）、拉簧和压簧等（参见图9）：
图9. 光学调整架常用弹簧碟形弹簧通常是由若干组呈碟形的簧片组合、叠加而成，碟簧具有变形小、弹力大的特点。但使用中若过载，容易出现变形、断裂而彻底损毁，并且在压缩过程中，弹力分布通常为抛物曲线（非线性），若多组叠加使用时，情况更为复杂，容易出现非线性的弹力变化或者 “跳变”，一定程度上会影响调整架的使用，故在卓立汉光新型光学调整架中，已经较少使用。拉簧和压簧是通过拉伸或压缩弹簧而产生弹力，拉簧和压簧在行程范围内，都遵循胡克定律，即：F（弹力）=kX，k为弹簧的弹性系数（与弹簧的材料、线径、圈径、总圈数等相关），X为弹簧变形量。从胡克定律可以看出，拉簧、压簧的弹力属于线性变化，比较符合调整习惯，但行程较大时，弹力较大，容易影响手感。光学调整架的锁紧：由于光学调整架的锁紧大部分是通过锁紧螺纹副来实现，所以严格意义上，应该属于螺纹副的锁紧。螺纹副的锁紧，分为沿着运动方向（轴向）锁紧和垂直于运动方向（径向）锁紧。轴向锁紧和径向锁紧，基本上都是通过螺套的变形， 如 ：抱紧、挤压螺纹副而达到锁紧的目的，卓立汉光部分常见的螺纹副锁紧形式（参见图10）。
图10. 卓立汉光调整架（或螺纹副）的锁紧方式
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