Φ520mmF/1.6椭球面反射镜加工

　　1　引　言

　　大口径兼大相对孔径光学非球面对简化光学系统结构,减小结构空间尺寸,提高仪器整体实用性能指标起十分重要的推动作用,而非球面的面形质量直接影响到光学性能及仪器总体目标的实现,非球面的加工质量是仪器整体考虑时必须直面的关键问题。大口径强光力光学非球面加工困难在于镜面偏离比较球面的量值很大。一般情况下,非球面度与镜面的口径大小成正比,与镜面相对孔径的三次方成正比。随着镜面口径的增加,特别是相对孔径的增大,镜面的非球面度迅速增加,加工修琢过程中容易造成带状面形误差,难于达到高精度。1990年以来,国外研究机构采用了新颖的抛光工具,来消除镜面上的高频误差,如主动抛光盘技术,柔性抛光盘技术等,成功磨制了口径大到8m,焦比达F/1.2的非球面反射镜。国内研究人员也正在进行相关方面技术工作,特别是小磨头数控抛光技术已在多家单位运用。这里介绍一块Φ520mmF/1·6的轻量化椭球面反射镜的加工,采用先进的移相干涉检验设备,运用灵活有效的加工手段,在较短的时间里,镜面面形误差达到了RMS 0.02λ,λ=632·8nm。

　　2　镜面的面形方程及其加工技术要求

　　该镜面为一反射式椭球面,面形方程为

　　镜子上设有支撑定位孔和定位台阶,镜面的有效口径为Φ502mm,背面开有不通孔以减轻整个镜子的重量。镜面的加工要求如表1。

　　3　镜子外形加工

　　镜坯为一种低膨胀材料,最初形状为圆形平板,成型后为平凹形。成型前选择平板的一个面作为基准面,将镜子装

　　夹到专用铣磨机床的工作台上,用不同的金刚砂磨轮分别磨外圆、中孔、台阶、支撑定位孔、减重孔和起始球面。各道工序过程中,对各尺寸和形位公差进行严格控制,加工结束后,用三坐标仪作了精密测量,见表2,结果符合设计要求。外形加工完成后的镜子的局部见图1。

　　4　起始球面与非球面度[1]

　　考虑两种起始球面的选择方案,一种是选择与镜面的中孔边缘和外圆边缘相接的球面作为起始球面,另一种是选择与镜面的中心和边缘相接的球面作为起始球面,相比之下,前一种方案镜面偏离比较球面的非球面度要小一些。非球面度最大量值出现在镜面的0·7带区附近,镜面的最大非球面度:0·026mm,约合41λ,λ=632·8nm,沿径向的每厘米最大非球面度: 0·0074mm,约合11·7λ,λ=632·8nm,图2为镜面上非球面度随镜面径向位置的变化情况,图3为镜面上每厘米非球面度随镜面位置的变化情况,它决定镜面局部加工的难易程度。根据计算情况,以最大非球面位置为起点,分别向镜面的中心和边缘修改非球面。