專利名稱：手動薄膜波片拉伸機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光學領域制造技術，尤其涉及一種手動薄膜波片拉伸機。
背景技術：
波片在偏振光學領域是最基本、應用最廣泛的光學元件之一。對于單色波 片，主要由兩種材料制成， 一種是雙折射晶體材料、另一種是塑料薄膜。與晶 體波片相比，塑料薄膜波片的通光口徑大、延遲隨入射角和溫度變化小，材料 成本低，因而越來越受使用者的歡迎。但是它的應用情況并不如人意。目前國 內還沒有一個能夠提供塑料波片的廠家，國外也只在日本和美國有一兩個生產 廠家在制作塑料波片，原因在于它的制作工藝非常復雜，在加工過程中受溫度、 濕度和薄膜所受拉力等多種因素的影響，采用機械化的批量生產方式， 一方面 不能嚴格控制加工過程中的波片延遲量，產品精度在很多場合不能滿足使用要 求，限制了產品的應用范圍；另一方面不能按照用戶要求提供任意延遲的波片。
現有技術中，用于塑料薄膜的拉伸機器通常采用臥式結構，即PVA(聚乙烯 醇)塑料膜在水平狀態下拉伸。在這種拉伸方式下，受重力影響，薄膜不僅有 拉伸方向的變形，還存在一個向重心下垂的變形，而且變形大小沿此重心呈徑 向不均勻分布，使得要選取的中心區域光軸方向彎曲，且延遲的大小不嚴格一 致，這一現象對拉伸量很小的低延遲波片影響更為明顯。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種手動薄膜波片拉伸機，其可制作具有指定延 遲量并具有較高精度的塑料波片。
為實現上述目的，本實用新型采取以下設計方案. 一種手動薄膜波片拉伸機，其包含有
手動拉伸薄膜豎直框架單元，包括一豎直框架，在豎直框架內，在上、下
端分別置有拉伸薄膜的裝卡軸裝置，該裝卡軸裝置水平安裝，兩端與旋轉手輪 連接；
一延遲測試系統裝置，包括在同一軸線上依次設有單色光源、準直鏡、 起偏器及1/4波片和檢偏器；
一烘烤設備，置于一可移動的支架上；
所述延遲測試系統裝置的單色光源、準直鏡及起偏器位于手動拉伸薄膜豎直 框架單元的前方，烘烤設備位于手動拉伸薄膜豎直框架單元的后方，延遲測試系統 裝置的1/4波片和檢偏器時段插入于烘烤設備與手動拉伸薄膜豎直框架單元間。
所述的拉伸薄膜的裝卡軸裝置由旋轉軸、主動半圓柱和從動半圓裝卡軸組 合構成，所述的主動半圓柱和從動半圓裝卡軸可契合為一整體圓柱桿，所述的 旋轉軸一端與主動半圓柱對接，另一端穿過豎直框架立柱上開設的孔與旋轉手輪 連接。
所述的烘烤設備可以采用一組遠紅外取暖器，沿薄膜拉伸方向從上至下均勻分布。 所述的單色光源為單色納光源或單色汞光源等多種單色氣體光源。
本實用新型的優點是
1、 利用本實用新型設備可以制作具有較高精度的塑料波片，制作的單色
1/2、 1/4波片，延遲精度高于1/300波長。
2、 由于采用豎直拉伸方式，可減少重力造成的影響；另采用兩個半圓柱形
卡具固定薄膜，使得薄膜受到的裝卡力盡可能均勻，故而可以避免薄膜在拉伸 方向因重心下垂的變形，使得光軸方向正，且延遲的大小一致，從而制作出具 有指定延遲量并具有較高精度的塑料波片。
3、 裝配并采用了一套波片延遲測試系統，可以實時掌握拉伸過程中的延遲 變化；從而指導操作者的手動旋轉調節量，更易滿足制作的要求。
圖1為本實用新型手動薄膜波片拉伸機結構示意圖。
圖2為手動拉伸薄膜豎直框架單元結構示意圖(主視)。
圖3a為裝卡軸裝置結構示意圖(主剖視，圖1中I部圖示結構)。
圖3b為圖3a中A-A剖視圖。
圖4為延遲測試系統裝置光學原理示意圖。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步說明
具體實施方式
參閱圖1所示，本實用新型手動薄膜波片拉伸機包括有拉伸薄膜豎直框架 單元，延遲測試系統裝置及烘烤設備。
本實用新型手動薄膜波片拉伸機的技術關鍵是保證在拉伸過程中，薄膜表 面各個點受力均勻，拉伸量一致。另外考慮到溫度、濕度對波片的影響，增加 輔助設備以保證塑料波片的拉伸質量。
為提高波片的制作質量，本手動薄膜波片拉伸機將薄膜采用豎直懸掛方式 固定，在垂直狀態下拉伸薄膜，以使薄膜的重力方向與拉伸方向一致，這樣薄
膜表面各點的所有受力方向一致，避免了因重力影響造成的光軸彎曲。參見圖2， 本實用新型的拉伸薄膜豎直框架單元包括 一由立柱3、橫梁4和底板9構成的 豎直框架，在豎直框架里側的上、下端對稱置有拉伸薄膜的裝卡軸裝置5，該裝 卡軸裝置的兩端設有手輪2，待拉伸的薄膜100就置于上、下端的裝卡軸裝置間 且由其固定拉緊。
本實用新型手動薄膜波片拉伸機利用塑料薄膜制作波片時，按要求需要利 用塑料聚合物的水溶性，先將薄膜分別在蒸餾水和硼酸水溶液中浸泡幾分鐘， 然后再對其做拉伸和烘干。由于浸水后的塑料薄膜很軟，剛性極差，如果裝卡 時各點松緊不一致，在拉伸過程中，薄膜各點的拉伸量也會不一致，為此，本 實用新型設計了專用卡具一拉伸薄膜的裝卡軸裝置，如圖3a、圖3b所示，拉伸 薄膜的裝卡軸裝置5由旋轉軸501、主動半圓柱502和從動半圓裝卡軸503組合構成，所述的主動半圓柱502和從動半圓裝卡軸503可用兩個鎖緊螺釘13鎖緊 而契合為一整體圓柱桿，所述的旋轉軸501—端與主動半圓柱對接，通過連接器 15連接固定，另一端穿過豎直框架立柱上開設的孔與旋轉手輪2連接。分別在主 動半圓柱502和從動半圓柱503的平面端，粘接一層(l毫米厚為佳)的橡膠板 14作為薄膜的夾緊裝置，第一，增加平面與薄膜的接觸摩擦力，從而加大夾緊 力。第二，在拉伸過程中，薄膜纏繞在兩半圓組成的圓柱上，以弧形接觸薄膜 各點，使得拉力分布均勻。考慮到薄膜的延遲不只是由拉伸長度決定，同時環 境溫度、濕度對它的影響也很大，也就是說，要得到同一個延遲，不同情況下 的拉伸量是不一樣的，這樣手動拉伸控制起來會方便些。在上、下拉伸薄膜的 裝卡軸裝置的圓柱桿兩端裝有四個旋轉手輪2 ，手輪旋轉軸與旋轉軸501連接， 拉伸時旋轉手輪可以帶動旋轉軸501轉動，且手輪可以通過螺釘頂住立柱，將 其鎖緊。通過拆卸從動半圓柱503完成薄膜100的裝卡。利用連接器15將主動 半圓柱502的一端與旋轉軸501連接，另一端穿過豎直框架立柱上開設的孔與旋 轉手輪連接。這樣，旋轉手輪，就可以帶動裝卡軸轉動，使薄膜沿軸纏繞，實現 拉伸。
參見圖1，所述的延遲測試系統裝置包括在同一軸線上依次設有的單色光 源(鈉或滎等單色光源)和準直鏡7、起偏器6及1/4波片和檢偏器8;其中， 起偏器、檢偏器在與薄膜拉伸方向成45°方向正交，1/4波片光軸沿起偏器方 向。由于波片的延遲受拉伸量以外的多種因素影響，為了實時監測薄膜在拉伸 過程中的狀態，以便進行有效控制，本實用新型安裝一臺波片測試系統裝置， 利用它，可以隨吋測量任意時刻的延遲大小，根據外界影響因素，調整加工工 藝。其可以為制作工藝提供很多技術參數，使制作效率和制作水平同時得到了 很大提高。延遲測試系統裝置的單色光源和準直鏡7及起偏器6位于手動拉伸 薄膜豎直框架單元的前方，且起偏器的偏振片的透光軸與薄膜拉伸方向成45°。 延遲測試系統裝置的1/4波片和檢偏器12根據需要時段性的插入在手動拉伸薄 膜豎直框架單元的后方。本實用新型手動薄膜波片拉伸機工作原理如下單色鈉(還可以是單色汞 光源等多種單色氣體光源)光源，經過準直鏡，以平行光通過起偏器的線性偏 振片成為線偏振光，起偏器的偏振片的透光軸與薄膜拉伸方向成45°，被拉伸薄 膜位于l/4波片前，1/4波片的快軸與檢偏器的偏振片平行，光束最后通過檢偏 器，檢偏器的旋轉角度可以通過圓刻度讀出。人眼放在檢偏器后，旋轉檢偏器 直至視場內光強變為最暗，讀取此時的角度讀數，該讀數的2倍，即為此時塑
料薄膜的延遲數值。1/4波片與檢偏器安裝在一套結構上，此結構采用快速插拔 式與框架結構連接，以防擋住烘干設備的散熱，造成薄膜受熱不均勻。圖4為
此套測試系統的光學示意圖。
拉伸后的塑料薄膜需要烤干水分，通過比較，用于冬季取暖的遠紅外取暖 器作為烘烤設備是很好的選擇，它的散熱量大，散熱均勻，有利于保持薄膜的 拉伸狀態。所述的烘烤設備可以采用一組多個采暖設備，均勻排布，本實施例
中，采用三個取暖器IO沿薄膜拉伸方向上、中、下均勻分布，固定在可以行走 的鐵架子ll上，拉伸時，將其移開；拉伸后，將其推入，打開開關進行烘烤。
本實用新型的工作過程是上下兩個手輪以同樣的速度轉動同樣的大小， 盡可能使得薄膜所受拉力相同，薄膜繞圓柱桿轉動并纏繞在它的外圓面上，實 現對薄膜的拉伸。在拉伸的同時，測試薄膜的延遲變化，當在所需要的延遲位 置處偏振片視場變得最暗時(薄膜拉伸過程中，轉動檢偏器使視場最暗，這個 轉角的二倍就是薄膜的延遲位相差)，鎖緊手輪，取下檢偏器結構，移過烘干 設備，進行烘干。完全干燥后，就得到了所要的波片。
本實用新型手動薄膜波片拉伸機在用于國家天文臺消色差波片制作的試驗 中，先后拉伸制作的波片，經過各方面性能參數測試，可以達到很好的技術指 標。利用這套設備制作的單色1/2、 1/4波片，延遲精度高于1/300波長；消色 差波片，在486. lnm- 656. 3nm波長范圍內，1/2波片延遲的最大相對誤差小于 1.5% (絕對誤差小于1%波長)，光軸誤差小于土10' ， 1/4波片延遲的最大相 對誤差小于2. 5% (絕對誤差小于1%波長)，光軸誤差小于土35'。
權利要求1、一種手動薄膜波片拉伸機，其特征在于包含有手動拉伸薄膜豎直框架單元，包括一豎直框架，在豎直框架內，在上、下端分別置有拉伸薄膜的裝卡軸裝置，該裝卡軸裝置水平安裝，兩端與旋轉手輪連接；一延遲測試系統裝置，包括在同一軸線上依次設有單色光源、準直鏡、起偏器及1/4波片和檢偏器；一烘烤設備，置于一可移動的支架上；所述延遲測試系統裝置的單色光源、準直鏡及起偏器位于拉伸薄膜豎直框架單元的前方，烘烤設備位于手動拉伸薄膜豎直框架單元的后方，延遲測試系統裝置的1/4波片和檢偏器時段插入于烘烤設備與手動拉伸薄膜豎直框架單元之間。
2、 根據權利要求l所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于所述的拉伸 薄膜的裝卡軸裝置由旋轉軸、主動半圓柱和從動半圓裝卡軸組合構成，所述的 主動半圓柱和從動半圓裝卡軸可契合為一整體圓柱桿，所述的旋轉軸一端與主動 半圓柱對接，另一端穿過豎直框架立柱上開設的孔與旋轉手輪連接。
3、 根據權利要求2所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于所述的主動 半圓柱兩端為短園柱，中間為長半圓柱，從動半圓裝卡軸的平面端與主動半圓 柱長半圓柱的平面端對接并通過鎖緊螺釘相互擰緊，兩者間夾置橡膠板。
4、 根據權利要求3所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于所述的兩者 間夾置的橡膠板厚lmra。
5、 根據權利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于其中，起偏 器、檢偏器在與薄膜拉伸方向成45。方向正交，1/4波片光軸沿起偏器方向。
6 、根據權利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于所述的烘烤設備采用一組取暖器，沿薄膜拉伸方向從上至下分布。
7、根據權利要求6所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于所述的烘烤設備采用三個遠紅外取暖器，沿薄膜拉伸方向上、中、下均勻分布。
8 、根據權利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機，其特征在于所述的單色 光源為單色鈉光源或單色汞光源。
專利摘要本實用新型涉及一種手動薄膜波片拉伸機，包含有手動拉伸薄膜豎直框架單元，包括一豎直框架，在豎直框架內，在上、下端分別置有拉伸薄膜的裝卡軸裝置，該裝卡軸裝置水平安裝，兩端與旋轉手輪連接；一延遲測試系統裝置，包括在同一軸線上依次設有單色光源、準直鏡、起偏器及1/4波片和檢偏器；一烘烤設備，置于一可移動的支架上；所述延遲測試系統裝置的單色光源、準直鏡及起偏器位于拉伸薄膜豎直框架單元的前方，烘烤設備位于手動拉伸薄膜豎直框架單元的后方，延遲測試系統裝置的1/4波片和檢偏器時段插入于烘烤設備與手動拉伸薄膜豎直框架單元之間。其可制作具有指定延遲量并具有較高精度的塑料波片。
文檔編號B29C55/06GK201317106SQ20082012422
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月2日 優先權日2008年12月2日
發明者王東光, 艾國祥, 鄧元勇 申請人:中國科學院國家天文臺