O形密封圈在光学仪器结构设计中的应用

　　1　引言

　　笔者在设计一种医用光电仪器时,遇到复杂的多层精密紧固结构,数易其稿均达不到要求,当苦思不得要领之际,偶然想起把O形橡胶密封圈(下简称密封圈)引入设计,一下子竟然解决了困扰多时的难题。以后又尝试在多种光学仪器的结构中使用,效果不错。鉴于把O形密封圈用于光学仪器结构中,文献报导甚少(查多种专业杂志仅得参考文献[1])鲜为人知,于是撰文介绍,以利推广与交流。

　　2　应用的结构形式

　　2·1　低、中倍显微物镜的简化结构

　　众所周知,圆形光学零件常用紧固方法有:滚边固紧、压圈固紧。作为光学仪器重要部件之一的显微物镜,为了便于装调和改善固紧结构的工艺性,传统的办法是:先用镜框(镜座)通过滚边固紧,构成独立的装配组件,然后再与镜简壳件相联,最后加压圈把全部组件固紧。有些设计还让某些组件能对光轴调中,以保证各组件处于部件中的正确位置。(图1a)这样做能保证物镜像质,是行之有效的典型结构。但这种传统结构亦有结构复杂、工序多、生产周期长、成本较高的缺点。如何改进?笔者分析了低、中倍显微光学系统,认为可以引入密封圈,以形成简化机构结构。因为最常用的低倍(3~4×,NA0·1~0·14)消色差物镜采用一个双胶合组;中倍(8~12×,NA0·2~0·4)消色物镜采用两个双胶合组,而低、中倍平视场消色差物镜则在这基础上加一厚弯月透镜,这些均为较简单的光学系统。况且这些显微物镜镜片直径相差不太悬殊,这就为我们采用简化机械结构创造了有利的前提。

　　某厂曾尝试对4×消色差物镜结构进行改进,不滚边形成组件,而直接利用压圈压紧双胶合组透镜,结果因像质不佳失败了。这是因为压圈压力直接而不一定均匀地作用于双胶合透镜组,产生较大的附加应力,使干涉环形状改变或增大其直径,从而影响像质。笔者设计的简化结构也是不滚边,不再形成组件而在双胶合透镜组与压圈之间加入密封圈,这样既减少了玻璃零件装配应力,保证成象质量,又起到缓冲垫及类似于弹性垫圈的防松作用。

　　多个透镜组可以在各光组间加入弹性隔圈(或在长间距中采用“刚性隔圈+弹性隔圈”的形式,弹性隔圈尺寸参数详见文献[1])。在镜简壳内形成“透镜(组)+弹性隔圈+……+透镜(组)+密封圈+压圈”通用性的新结构。利用弹性隔圈、密封圈变形,改善由装配及温度变化所产生的附加应力,保证了像质。

　　上述这种简化结构除了一定程度上消除传统结构的缺点之外,还有一个突出优点是使物镜的径向尺寸缩小3~4mm。这对于同放大倍率镜片相对较大的某种物镜来说,是一个福音。笔者已把这一新结构用于无限远像距LPL10×长工作距离物镜的设计之中。(图1b)