專利名稱：一種手動薄膜波片拉伸機(jī)及用其制作波片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域制造技術(shù)，尤其涉及一種手動薄膜波片拉伸機(jī)及用其制作波
片的方法。
背景技術(shù)：
波片在偏振光學(xué)領(lǐng)域是最基本、應(yīng)用最廣泛的光學(xué)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(yīng)用情況并不如人意。目前國內(nèi)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(chǎn)廠家在制作塑料波片，原因在于它的制作工藝非常復(fù)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(jī)械化的批量生產(chǎn)方式，
一方面不能嚴(yán)格控制加工過程中的波片延遲量，產(chǎn)品精度在很多場合不能滿足使用要求，
限制了產(chǎn)品的應(yīng)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(xiàn)有技術(shù)中，用于塑料薄膜的拉伸機(jī)器通常采用臥式結(jié)構(gòu)，即PVA(聚乙烯醇)塑
料膜在水平狀態(tài)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(qū)域光軸方向彎曲，且延遲的大小不嚴(yán)格一致，這一現(xiàn)象對拉伸量很小的低延遲波片影
響更為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種手動薄膜波片拉伸機(jī)及用其制作波片的方法，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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案 —種手動薄膜波片拉伸機(jī)，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(nèi)，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(zhuǎn)手輪連接；
—延遲測試系統(tǒng)裝置，包括在同一軸線上依次設(shè)有單色光源、準(zhǔn)直鏡、起偏器及 1/4波片和檢偏器； —烘烤設(shè)備，置于一可移動的支架上； 所述延遲測試系統(tǒng)裝置的單色光源、準(zhǔn)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(shè)備位于手動拉伸薄膜豎直框架單元的后方，延遲測試系統(tǒng)裝置的1/4 波片和檢偏器時(shí)段插入于烘烤設(shè)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(zhuǎn)軸、主動半圓柱和從動半圓裝卡軸組合構(gòu) 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(zhuǎn)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(shè)的孔與旋轉(zhuǎn)手輪連接。 所述的烘烤設(shè)備可以采用一組遠(yuǎn)紅外取暖器，沿薄膜拉伸方向從上至下均勻分
4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。 —種用上述手動薄膜波片拉伸機(jī)制作波片的方法，其方法如下 a)打開單色光源，穩(wěn)定20 35分鐘，將起偏器刻度置于"零位"，檢偏器置于目標(biāo)
延遲刻度位置；同時(shí)移開烘烤設(shè)備； b)控制制作環(huán)境條件，溫度3(TC ±5"，相對濕度70% ±10% ; c)將寬0. 5米，長1. 2米的聚乙烯醇薄膜平鋪在30°C 士2t:的蒸餾水中浸泡1分
鐘； d)利用長條夾板分別夾住薄膜兩短邊，快速從蒸餾水中取出，并浸入3%濃度、溫 度3(TC 士2t:的硼酸水溶液中保持3分鐘。 e)同樣用夾板將薄膜取出，使表面的液體盡量流下，平鋪在桌面上，該桌面底層放 置厚約8厘米的海綿，海綿上平鋪吸水性極強(qiáng)的柔軟桑蠶絲織布。 f)用柔軟、清潔無塵、不掉毛、吸水性強(qiáng)、略微潮濕的麂皮或綢布輕輕地快速擦凈 薄膜表面水分，此過程要防止劃傷表面。 g)松開拉伸薄膜裝卡軸裝置的主動半圓柱和從動半圓裝卡軸間的鎖緊螺釘，取下 從動半圓裝卡軸； h)將浸過蒸餾水和硼酸液的塑料薄膜上、下兩邊段分別平放在上、下拉伸薄膜裝
卡軸裝置的主動半圓柱平面端平面上； i)將從動半圓裝卡軸與主動半圓柱夾緊； j)兩名操作者以同樣的速度同時(shí)緩慢轉(zhuǎn)動上下兩個手輪。轉(zhuǎn)動中，其中一名操作 者將眼睛放在檢偏器出光處，觀察出射光的視場變化，當(dāng)視場變得最暗時(shí)(在不同的環(huán)境 溫度和相對濕度下，視場最暗時(shí)對應(yīng)的拉伸量不同)，停止轉(zhuǎn)動，鎖緊手輪；用豎直框架側(cè) 邊的夾子夾住薄膜側(cè)邊。 k)移走檢偏器，移過來烘干設(shè)備，烘干30分鐘，同時(shí)打開實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)扇和門窗，使 環(huán)境濕度降低。 1)完全干燥后，從薄膜中間剪下1/3-1/2平行部分，按照技術(shù)要求檢驗(yàn)，合格的薄
膜根據(jù)零件尺寸大小和光軸要求裁成小片，至此，就得到了波片成品。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1、利用本發(fā)明設(shè)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(tǒng)，可以實(shí)時(shí)掌握拉伸過程中的延遲變化； 從而指導(dǎo)操作者的手動旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)量，更易滿足制作的要求。


圖1為本發(fā)明手動薄膜波片拉伸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為手動拉伸薄膜豎直框架單元結(jié)構(gòu)示意圖(主視)。 圖3a為裝卡軸裝置結(jié)構(gòu)示意圖(主剖視，圖1中I部圖示結(jié)構(gòu))。 圖3b為圖3a中A_A剖視圖。 圖4為延遲測試系統(tǒng)裝置光學(xué)原理示意圖。 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式
參閱圖1所示，本發(fā)明手動薄膜波片拉伸機(jī)包括有拉伸薄膜豎直框架單元，延遲 測試系統(tǒng)裝置及烘烤設(shè)備。 本發(fā)明手動薄膜波片拉伸機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵是保證在拉伸過程中，薄膜表面各個點(diǎn)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(shè)備以保證塑料波片 的拉伸質(zhì)量。 為提高波片的制作質(zhì)量，本手動薄膜波片拉伸機(jī)將薄膜采用豎直懸掛方式固定， 在垂直狀態(tài)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(diǎn)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，本發(fā)明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(gòu)成的豎直框架，在豎直框架里側(cè)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(shè)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。 本發(fā)明塑料薄膜制作波片的工藝制作中，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(shí)各點(diǎn)松緊不一致，在拉伸過程中，薄膜各點(diǎn)的拉 伸量也會不一致，為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)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(zhuǎn)軸501、主動半圓柱502和從動半圓裝卡軸503組合構(gòu) 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(zhuǎn)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(shè)的孔與旋轉(zhuǎn)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(diǎn)，使得拉力分布均勻?？紤]到薄膜的延遲不只是由拉伸長度決定，同時(shí) 環(huán)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(zhuǎn)手輪2，手輪旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸501連接，拉伸時(shí)旋轉(zhuǎn)手輪可以帶動旋轉(zhuǎn)軸501 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸501連接，另一端穿過豎直框架立 柱上開設(shè)的孔與旋轉(zhuǎn)手輪連接。這樣，旋轉(zhuǎn)手輪，就可以帶動裝卡軸轉(zhuǎn)動，使薄膜沿軸纏繞， 實(shí)現(xiàn)拉伸。 參見圖l，所述的延遲測試系統(tǒng)裝置包括在同一軸線上依次設(shè)有的單色光源(鈉 或汞等單色光源)和準(zhǔn)直鏡7、起偏器6及l(fā)/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，l/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(shí)時(shí)監(jiān)測薄膜在拉伸過程中的狀態(tài)，以便進(jìn)行有效控制，本發(fā)明安裝一臺波片測試系統(tǒng)裝置，利用它，可以隨時(shí)測量任意時(shí)刻的延遲大小，根據(jù)外界影響因素，調(diào)整加工工藝。其可以為制作工藝提供很多技術(shù)參數(shù)，使制作效率和制作水平同時(shí)得到了很大提高。延遲測試系統(tǒng)裝置的單色光源和準(zhǔn)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(tǒng)裝置的1/4波片和檢偏器12根據(jù)需要時(shí)段性的插入在手動拉伸薄膜豎直框架單元的后方。
此測試系統(tǒng)工作情況如下單色鈉(還可以是單色滎光源等多種單色氣體光源)光源，經(jīng)過準(zhǔn)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1/4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(zhuǎn)角度可以通過圓刻度讀出。人眼放在檢偏器后，旋轉(zhuǎn)檢偏器直至視場內(nèi)光強(qiáng)變?yōu)樽畎担x取此時(shí)的角度讀數(shù)，該讀數(shù)的2倍，即為此時(shí)塑料薄膜的延遲數(shù)值。l/4波片與檢偏器安裝在一套結(jié)構(gòu)上，此結(jié)構(gòu)采用快速插拔式與框架結(jié)構(gòu)連接，以防擋住烘干設(shè)備的散熱，造成薄膜受熱不均勻。圖4為此套測試系統(tǒng)的光學(xué)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(yuǎn)紅外取暖器作為烘烤設(shè)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(tài)。所述的烘烤設(shè)備可以采用一組多個采暖設(shè)備，均勻排布，本實(shí)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11上，拉伸時(shí)，將其移開；拉伸后，將其推入，打開開關(guān)進(jìn)行烘烤。 本發(fā)明的工作過程是上下兩個手輪以同樣的速度轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動并纏繞在它的外圓面上，實(shí)現(xiàn)對薄膜的拉伸。在拉伸的同時(shí)，測試薄膜的延遲變化，當(dāng)在所需要的延遲位置處偏振片視場變得最暗時(shí)(薄膜拉伸過程中，轉(zhuǎn)動檢偏器使視場最暗，這個轉(zhuǎn)角的二倍就是薄膜的延遲位相差)，鎖緊手輪，取下檢偏器結(jié)構(gòu)，移過烘干設(shè)備，進(jìn)行烘干。完全干燥后，就得到了所要的波片。
本發(fā)明手動薄膜波片拉伸機(jī)在用于國家天文臺消色差波片制作的試驗(yàn)中，先后拉伸制作的波片，經(jīng)過各方面性能參數(shù)測試，可以達(dá)到很好的技術(shù)指標(biāo)。利用這套設(shè)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(nèi)，l/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±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±35'。
權(quán)利要求
一種手動薄膜波片拉伸機(jī)，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(nèi)，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(zhuǎn)手輪連接；一延遲測試系統(tǒng)裝置，包括在同一軸線上依次設(shè)有單色光源、準(zhǔn)直鏡、起偏器及1/4波片和檢偏器；一烘烤設(shè)備，置于一可移動的支架上；所述延遲測試系統(tǒng)裝置的單色光源、準(zhǔn)直鏡及起偏器位于拉伸薄膜豎直框架單元的前方，烘烤設(shè)備位于手動拉伸薄膜豎直框架單元的后方，延遲測試系統(tǒng)裝置的1/4波片和檢偏器時(shí)段插入于烘烤設(shè)備與手動拉伸薄膜豎直框架單元之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，其特征在于所述的拉伸薄膜的裝卡 軸裝置由旋轉(zhuǎn)軸、主動半圓柱和從動半圓裝卡軸組合構(gòu)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(zhuǎn)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(shè)的孔與旋轉(zhuǎn)手輪連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，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(jù)權(quán)利要求3所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，其特征在于所述的兩者間夾置的橡 膠板厚lmm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，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(jù)權(quán)利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，其特征在于所述的烘烤設(shè)備采用一 組取暖器，沿薄膜拉伸方向從上至下分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，其特征在于所述的烘烤設(shè)備采用三個遠(yuǎn)紅外取暖器，沿薄膜拉伸方向上、中、下均勻分布。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的手動薄膜波片拉伸機(jī)，其特征在于所述的單色光源為單色納光源或單色汞光源。
9. 一種用權(quán)利要求1所述手動薄膜波片拉伸機(jī)制作波片的方法，其特征在于方法如下a) 打開單色光源，穩(wěn)定20 35分鐘，將起偏器刻度置于"零位"，檢偏器置于目標(biāo)延遲 刻度位置；同時(shí)移開烘烤設(shè)備；b) 控制制作環(huán)境條件，溫度3(TC 士5t:，相對濕度70% ±10% ;c) 將寬0. 5米，長1. 2米的聚乙烯醇薄膜平鋪在30°C 士2t:的蒸餾水中浸泡1分鐘；d) 利用長條夾板分別夾住薄膜兩短邊，快速從蒸餾水中取出，并浸入3% ±1%濃度、 溫度30°C 士2t:的硼酸水溶液中保持3分鐘；e) 同樣用夾板將薄膜取出，使表面的液體盡量流下，平鋪在桌面上；該桌面底層放置 厚約8厘米的海綿，海綿上平鋪潔凈的吸水性極強(qiáng)的柔軟桑蠶絲織布；f) 用柔軟、清潔無塵、不掉毛、吸水性強(qiáng)、略微潮濕的麂皮或綢布輕輕地快速擦凈薄膜 表面水分，此過程要防止劃傷表面；g) 松開拉伸薄膜裝卡軸裝置的主動半圓柱和從動半圓裝卡軸間的鎖緊螺釘，取下從動半圓裝卡軸；h) 將浸過蒸餾水和硼酸液的塑料薄膜上、下兩邊端分別平放在上、下拉伸薄膜裝卡軸 裝置的主動半圓柱平面橡膠端平面上；i) 將從動半圓裝卡軸與主動半圓柱夾緊；j)兩名操作者以同樣的速度同時(shí)緩慢轉(zhuǎn)動上下兩個手輪，轉(zhuǎn)動中，其中一名操作者將 眼睛放在檢偏器出光處，觀察出射光的視場變化，當(dāng)視場變得最暗時(shí)，停止轉(zhuǎn)動，鎖緊手輪； 用豎直框架側(cè)邊的夾子夾住薄膜側(cè)邊；k)移走檢偏器，移過來烘干設(shè)備，烘干30分鐘，同時(shí)打開實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)扇和門窗，使環(huán)境 濕度降低；1)完全干燥后，從薄膜中間剪下1/3-1/2平行部分，按照技術(shù)要求檢驗(yàn)，合格的薄膜根 據(jù)零件尺寸大小和光軸要求裁成小片，至此，得到波片成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手動薄膜波片拉伸機(jī)，包含手動拉伸薄膜豎直框架單元，延遲測試系統(tǒng)裝置及移動的烘烤設(shè)備；延遲測試系統(tǒng)裝置的單色光源、準(zhǔn)直鏡及起偏器位于薄膜豎直框架單元的前方，烘烤設(shè)備則位于薄膜豎直框架單元的后方，延遲測試系統(tǒng)裝置的1/4波片和檢偏器時(shí)段插入于烘烤設(shè)備與手動拉伸薄膜豎直框架單元間。用其制作波片的方法先將塑薄膜分別在蒸餾水和硼酸水溶液中浸泡，經(jīng)單色光源穩(wěn)定，將起偏器刻度置于“零位”，檢偏器置于目標(biāo)延遲刻度位置，同時(shí)移開烘烤設(shè)備；將處理過的塑料薄膜平放在裝卡軸裝置的平面端上夾緊，以同樣的速度轉(zhuǎn)動手輪，當(dāng)眼睛觀察到的視場變得最暗時(shí)，鎖緊手輪，移過來烘干設(shè)備，進(jìn)行烘干，得到了波片成品。
文檔編號B29C55/04GK101746054SQ20081022776
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者王東光, 艾國祥, 鄧元勇 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺