红外镜头光学定心方法研究

    1 问题的提出

    对于一个共轴球面光学系统,要得到其高分辨率的成像质量,除了要有高水平的光学设计,还须要有科学的装调方法,光学自准直定心法就是高精度镜头生产过程中一项关键的技术,它的原理是以透镜光轴为基准的光学自准直定心(即光学定心加工),反射旋转测量球心偏[1].

    光学定心加工的过程,首先,通过设计的专用调整工装,将透镜组件固定在高精度车床主旋转轴上,通过调整使透镜组件的两个球心共轴,消除由于机械零件加工,光学零件加工以及组装后引起的综合误差;调整透镜组件的光轴与精密车床的主旋转轴重合,透镜组件的光轴即为理想光轴,其同轴度可调到[0.01 mm.其次,根据配合尺寸选定配合间隙,保证不同轴度满足图纸要求.最后,进行透镜组件的光学精装配,保证光学尺寸满足图纸技术要求.这种光学定心加工方法,定义为可见光单向光学定心加工法.

    单向光学定心加工法,仅适用于可见光谱区域透镜组件的光学定心加工,以及氟化钙、石英等晶体材料的透镜和任何长半径、短半径透镜、平面光学零件、柱面光学零件的光学定心加工.对于同轴度要求较高的红外光学透镜(硅、锗等)组件,用可见光单向定心加工法进行定心加工不可行.原因是采用单向定心加工法,无法在定心仪中同时观察到红外光学透镜组件的两个球心像,进而无法调校红外光学透镜组件的两球心,确定透镜组件理想光轴.所以,在不具备有特定光源和专用检测设备条件下,要进行红外光学透镜组件的定心加工,必须选择新的方法.

    2 红外镜头双向光学定心方法

    2.1 方法原理

    以透镜光轴为基准的光学自准直定心法,采用的是反射旋转测量法测量球心偏.由反射定律可知,入射角等于反射角,沿法线入射的光线原路返回,换句话说所有通过球心的直线都是球面的法线.基于这个原理,将可见光单向光学定心扩展为可见光双向光学定心,即从相对180b方向,用两台定心仪同时测量红外透镜组件的两个球心像,根据测量结果反复调节两球心像相对轴线的位置,确定红外透镜组件的理想光轴,在进行精密机械加工后,最终得到一件高品质的红外透镜组件.图1为双向定心示意图.

    图1中R1,R2为透镜的曲率半径;X1,X2分别为两个定心仪的工作距离.

    事实上,可见光双向光学定心技术,不仅可以解决任意波段透镜的光学定心加工,而且它比单向光学定心加工具有更为广泛的适用性.

    2.2 关键技术

    2.2.1 光学定心工艺过程设计

    可见光双向光学定心加工的装校工艺过程设计,就是把需要光学定心加工的设计信息转化为完成可见光的双向光学定心加工以及光学装配(校)的工艺程序,它包括[2]: