一种四维光学仪器像面的装调方法

　　光学系统要得到清晰的像,就要求成像介质放置在镜头的焦深范围内。相机的用途不同,光学系统就不同,对成像质量的要求也不同。简单的家用相机, 摄相机等含有光学系统的成像仪器,它们所包含的镜头焦距短,相对孔径大,成像像面小,成像质量要求较低,通过机械和光学的加工可以保证,只需要简单的装调 环节。一些有特殊用途特殊要求的大型光学仪器则不同,这样的仪器含有的光学系统一般焦距较长,相对孔径较小,成像像面较大,成像质量要求较高,工作环境恶 劣,而且在工作时有些成像像面还需要旋转,这样不仅要求有高精度的机械加工和光学加工,还要有对具体光机结构的高精度装调。光学装调为精密装调,一般镜头 的焦深仅为十几个微米,这样对成像介质的位置要求就很高,包括成像介质接收面的前后位置和倾斜。如果成像介质的位置超出焦深就得不到清晰的像,倾斜过大会 导致成像介质部分在焦深范围内,使成像不均匀。本文结合一种具体的光机结构,提出了一种装调方法,适用于类似结构的装调。

　　1　光机结构的简单介绍与装调精度要求

　　本文所介绍的光机系统由镜头、支撑架、旋转轴系、像面基板及调整垫构成。镜头的精度很高,其主光轴与其安装法兰面为垂直的。镜头安装在支撑架的 基准面上,基准面为平面度在0·004mm内的加工面,与镜头的安装法兰连接,可以等效的代替镜头的安装法兰,也即将基准面看成与主光轴垂直,下文所介绍 的装调方法都是以该面为基准的。支撑架后面与旋转轴系的固定筒连接,中间有修整垫。成像介质安装在像面基板上,像面基板安装在旋转轴系的旋转筒上面,随着 旋转轴系一起旋转,中间设计了两个修整垫,其中一个用来修倾斜,另外一个用来修整成像介质相对于像面的前后距离。轴系的机械装调精度为:晃动小于5秒。光 机结构简图如图1所示。

　　要在成像介质上得到理想的像,就要求成像介质位于镜头的焦深范围内。镜头的焦深很小,这样就对成像介质的位置要求很高。位置有两方面的要求,一 方面为相对于像面的前后距离,另一方面为成像介质的倾斜角度,倾斜会造成成像介质只有部分位于焦深范围内,使成像不均匀。倾斜有上下倾斜和左右倾斜两个方 向,还有就是像面旋转时的转动倾斜。这样就需要调整像面的四个自由度,称之为四维像面。成像介质的前后位置可以通过调整修整垫的厚度来实现,比较容易;成 像介质的倾斜要通过调整修整垫的倾斜来实现,这个环节比较困难。本文所介绍的光机结构,成像介质是随着旋转轴系旋转的,要求成像介质在旋转过程中也不能离 开焦深范围,也即在要求旋转过程中成像介质与主光轴要保持垂直。镜头的焦深约为±0. 034mm,成像介质尺寸为114mm×114mm,画幅对角线为161mm。由于误差存在于各个环节,根据误差分配原则,对误差进行分配,分给成像介质 倾斜的的离焦量为±0·005mm。成像介质允许的倾斜角度如图2所示。计算求得:α=12·8″,成像介质的倾斜要求小于12·8″。