在光學系統搭建中，光路的精準對準是保證系統性能的核心前提。光學調整架作為固定和精確調控光學元件姿態(tài)的關鍵裝置，能通過細微調整實現光學元件（如透鏡、反射鏡、棱鏡等）在空間位置或角度上的精準定位，從而實現系統的最佳性能。本文將系統介紹光學調整架的相關基礎知識。

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光學調整架（也稱鏡架、調整架、膜片架等）是光機產品中一個重要的組成部分，主要解決各類光學元器件的裝卡（夾持、固定）和調整。光學調整架從結構上來說，通常包括：固定板、活動板、驅動機構（螺紋副）、復位機構（彈簧）、鎖緊機構等部分。

光學元件的夾持：

光學元件的夾持主要有：頂絲式、固定式和壓圈式（參見圖1）

圖1. 光學元件的夾持方式

對于圓形光學元件，通常我們根據其厚度來考慮夾持方式：

• 光學元件厚度小于2.5mm時，推薦壓圈式（參見圖2a）裝卡方式； 光學元件厚度小于1mm時，使用壓圈式卡緊時，請使用隔圈（參見圖2b）保護

• 光學元件厚度在2.5~5mm時，壓圈式、頂絲式的調整架，基本都可以正常使用 

• 光學元件厚度大于5mm時，大多使用頂絲式（參見圖2c）裝卡方式 

• 如果光學元件厚度太厚，則需要考慮采用特殊的機構或裝卡方式

圖2.壓圈、隔圈與頂絲

對于方形或長方形的片狀光學元件，更多是采用固定式的裝卡方式（參見圖3）：

圖3.方形元件的固定方式

對于立方體、圓柱體或其它形狀的光學元件，我們也有很多解決方案（參見圖4）：

圖4.立方體、圓柱體的裝卡

光學元件的調整：

同卓立漢光的電動/手動滑臺類似，光學元件的調整從總體上說包括空間六個自由度（參見圖5），分別是平移方向的X軸、Y軸和Z軸（光軸），角度方向的俯仰（θx）、 偏擺（θy）和旋轉（θz）。

圖5. 光學元件的調整坐標系

光學調整架的結構：

調整俯仰、偏擺的結構，通常分為兩種 ：一種稱為非共面調整，另一種稱為共面調整（或萬向調整）。 

圖6. 光學調整架的結構

光學調整架的非共面調整機構中，繞俯仰、偏擺的轉軸相交在一個角上（通常是鋼球所在的位置），由鋼球和一套螺紋副，構成一個轉動軸，調整另一套螺紋副時，相當于調整架的前面板（活動板）繞此軸轉動（參見圖6a）。 

共面調整是指繞俯仰、偏擺的轉軸正交在光學元件的中心位置，這樣一來，當進行調節(jié)時，光學元件的中心位置，不會發(fā)生變化（參見圖 6b）。 

萬向調整機構從結構上來看，在光路調整時，似乎更方便一些（參見 圖6c），但實際上，萬向調整機構若想發(fā)揮其光軸不發(fā)生位置偏移的特性，有一個重要前提：光斑的中心位置，要同轉軸的中心位置重合。也就是說，我們要對鏡片的厚度、光斑的位置等做出嚴格要求，才有可能實現萬向調整。而且萬向調整的轉軸結構物理尺寸較大，故常用于大尺寸的光學元件調整架中，如卓立漢光的NMVG系列產品。常規(guī)尺寸光學元件調整，多用 “非共面調整機構" 這種形式。 

光學調整架的非共面調整機構中，為了約束其它自由度方向的偏移，通常有“點-線-面"和“線-線-線"的結構形式（參見圖7）：

圖7.調整架的結構

所謂“點-線-面"結構，是指三個接觸位置，分別對一定的空間自由度進行約束（參見圖7a），以保證所需自由度上的調整精度，我們分析如下：

• 與錐形窩接觸的鋼球，主要約束XYZ三個自由度的移動，而對三個轉動自由度沒有約束 

• 同V型槽接觸的鋼球，主要約束俯仰（θx）和旋轉（θz）兩個自由度

• 同平面接觸的鋼球，主要約束偏擺（θy）自由度“線-線-線"結構，是三個鋼球分別與V型槽接觸（參見圖7b），能更好的約束不需要調整的自由度，保證所需自由度上的調整精度。該結構的分析如下：

• 位置1與位置2的接觸共同作用，約束XYZ三個自由度的移動，同時約束俯仰（θx）和旋轉（θz）兩個旋轉自由度 

• 位置3與位置2的接觸共同作用，約束XYZ三個自由度的移動，同時約束偏擺（θy）和旋轉（θz）兩個旋轉自由度

光學調整架的靈敏度：

類似于電動滑臺的分辨率或手動滑臺的靈敏度，光學調整架也存在靈敏度。結合上述光學調整架的結構和我們在手動滑臺產品中介紹的螺紋副的靈敏度概念，我們可以大致推算出光學調整架的靈敏度（參見圖8）：

圖8. 調整架的靈敏度示意圖

若螺紋副的靈敏度為2.5µm（詳見手動滑臺產品介紹中相關說明），以卓立漢光OMHS20調整架為例，旋轉半徑取37mm，則我們可以計算出，該調整架的調整靈敏度：θ=arctg（2.5µm/37mm） ≈0.00387°≈0.23′≈13.9″。 

上述情況是在理想狀況下的理論計算值，實際使用中，各個自由度之間，存在一定的影響，所以通常我們并未標稱光學調整架的靈敏度。 

有部分廠商將光學調整架的靈敏度指標，標的非常高，這時請?zhí)貏e留意。比如某廠家標稱某款調整架的靈敏度為3.8″，經了解是手輪旋轉1°時的指標，但我們在手動滑臺綜合說明中已經指出： 

• 人手對角度的靈敏度不高，應該以弧長作為衡量標準

• 直徑10mm的手輪，旋轉1°對應的弧長是0.087mm，人手根本無法分辨所以這樣的標稱，變得沒有意義，有誤導消費者的可能。

靈敏度的標稱：

關于調整架靈敏度的概念和計算方法供您參考。卓立漢光建議以兩種方式進行規(guī)范標稱 ： 

• 按螺紋副旋轉一周（360°）時，調整架活動板的角度變化量來衡量，單位為：°/rev（度/圈）或mrad/rev（毫弧度/圈）。按照此種計算方法，我們可以計算出：卓立漢光OMHS20的整圈調整時的靈敏度為：θ=arctg（0.25mm/37mm）≈0.39°/rev≈6.8mrad/rev 

• 按照我們在手動滑臺綜合說明中提到的螺紋副的靈敏度，結合調整架的結構尺寸，進行說明：

我們建議最小旋轉弧長取0.2mm~0.5mm的中間值0.35mm。旋轉周長是指調節(jié)手輪的周長，卓立漢光調整架產品的手輪直徑一般為 12mm~18mm，我們取15mm。調整架的旋轉半徑由其結構決定，對于小尺寸鏡片通常在20mm~40mm，我們取30mm。按照這樣的計算，卓立漢光的調整架靈敏度通常為12.8″（0.062mrad）左右。 

光學調整架的主要部件：

光學調整架主要由固定板（通常為后板）、活動板（通常為前板）、驅動機構（通常為螺紋副）、復位機構（通常為彈簧）、鎖緊機構組成。 其中固定板、活動板作為光學調整架的主體部分，主要同結構設計、材料有關。

復位機構：

調整架的復位機構，通常都是由彈簧構成，光學調整架中常用的彈簧有碟形彈簧（簡稱碟簧）、拉簧和壓簧等（參見圖9）：

圖9. 光學調整架常用彈簧

碟形彈簧通常是由若干組呈碟形的簧片組合、疊加而成，碟簧具有變形小、彈力大的特點。但使用中若過載，容易出現變形、斷裂而徹*損毀，并且在壓縮過程中，彈力分布通常為拋物曲線（非線性），若多組疊加使用時，情況更為復雜，容易出現非線性的彈力變化或者 “跳變"，一定程度上會影響調整架的使用，故在卓立漢光新型光學調整架中，已經較少使用。

拉簧和壓簧是通過拉伸或壓縮彈簧而產生彈力，拉簧和壓簧在行程范圍內，都遵循胡克定律，即：F（彈力）=kX，k為彈簧的彈性系數（與彈簧的材料、線徑、圈徑、總圈數等相關），X為彈簧變形量。從胡克定律可以看出，拉簧、壓簧的彈力屬于線性變化，比較符合調整習慣，但行程較大時，彈力較大，容易影響手感。

光學調整架的鎖緊：

由于光學調整架的鎖緊大部分是通過鎖緊螺紋副來實現，所以嚴格意義上，應該屬于螺紋副的鎖緊。螺紋副的鎖緊，分為沿著運動方向（軸向）鎖緊和垂直于運動方向（徑向）鎖緊。軸向鎖緊和徑向鎖緊，基本上都是通過螺套的變形， 如 ：抱緊、擠壓螺紋副而達到鎖緊的目的，卓立漢光部分常見的螺紋副鎖緊形式（參見圖10）。

圖10. 卓立漢光調整架（或螺紋副）的鎖緊方式