大视场平行光管的研究与设计

　　1　引　言

　　平行光管是光学实验及计量检测的重要设备,是一种高精度测试仪器,它可以测量微小角度位移及平面的微小起伏,是目前工厂和实验室的测试仪器之一;同时,它也是照相物镜和望远物镜等无限共轭成像光学系统的校调和像质检验不可缺少的测量基准。在检测中,高精度平行光管对保证质量是至关重要的[1]。

　　平行光管的工作原理是用来产生平行光,它的两端分别为消色透镜组和照明系统。现介绍的这一种特殊用途的大视场平行光管,主要用于角度测量。该大视场平行光管的工作原理详见图1,调节消色透镜组与照明系统的相对位置,使光源恰好位于消色透镜组的焦平面上,此时光源所发出的光经透镜组折射后成为平行光。

　　2　技术指标

　　设计的主要参数和仪器所需达到的精度分别见表1和表2:

　　3　大视场平行光管的结构图

　　如图2所示,平行光管主要由物镜、镜身、分划板、匀光板、照明系统等五部分组成。所以此次平行光管主要从以上五部分着手进行研究与设计。

　　4　大视场平行光管物镜组

　　4.1　物镜组设计

　　由于所需精度较高,物镜组重量较大,故选择采用如图3所示的四分离式透镜支撑结构,带有调焦机构。此平行光管主要用于检测战斗机的仪表,作为角度测量的仪器,平行光管的视场角设计为±150,焦距为322.6mm,型号为2W型F320,属于大视场基准平行光管,相当于平显仪。

　　经过此方案设计的物镜通光口径(入射光瞳直径)为100mm,分辨力达到1.8″。

　　4.2　提高精度

　　为了提高仪器的精度,考虑到以下两个主要方面:

　　(1)减小物镜的畸变

　　物镜的畸变可分为正畸变和负畸变两种情况:正畸变如图4所示,又称为桶行形变;负畸变如图5所示,又称为鼓行形变[2]。

　　在光学系统设计中将相对畸变值控制在0.5%左右,因此对仪器的精度没有产生太大的影响。

　　(2)刻制精度

　　为了使仪器在0～5°范围内的精度达到既定的要求,加大了对分划板的刻制精度(分划板内容见第6部分)。

　　5　镜　身

　　为了使平行光管的重量不至太笨重,镜身选用硬铝合金来设计;同时,为了确保光轴精度,系统由整体式铝制结构一次性加工成型,如图6。

　　6　分划板

　　6.1　分划板的设计

　　由于该大视场平行光管主要是用于角度测量,因此在整个分划板上都布满了方格,格值为10′。