大非球面度四次透镜的加工方法研究

　　1 引言

　　在科学研究、工业及军事领域中，常常需要对光线很弱的景物或目标进行摄像的摄影系统。这无疑对探测器的光学系统性能提出了更高的要求。目前大多数望远系统都采用经典卡塞格林以及R- C系统结构，其主镜和次镜均采用非球面，其加工装配难度远大于球面系统。将卡塞格林系统的主镜及次镜都取球面，在焦面前加2 片以上改正透镜，而将作为密封窗的平行平板的一面加4 次方项，可以设计出具有相当大视场，像质优良的新光学系统———泛卡塞格林系统，简称PC系统。PC系统可以先加工球面，后加工非球面。将所有球面元件加工装调完成后，利用该系统的自身结构检测非球面。这是该系统在制造方面的一个优势。PC系统中的4 次非球面定位要求很低，定位的误差对系统的影响很小，这一点将给系统的检测带来一定的方便。非球面是系统中最后加工的元件，如后级球面系统在加工装调中产生的像差，可以通过修改非球面的面型进行一定的补偿。

　　2 非球面的加工方法与细磨

　　2.1 传统的方法

　　即材料去除加工法，是采用研磨、切削及能量束抛光等手段去除零件表面材料，是目前国内非球面光学零件的主要加工方法之一。

　　2.2 变形加工法

　　主要包括应力变形法、热压成形法、光学玻璃透镜模压成形法及光学塑料注射成形法等等。

　　2.3 附加加工法

　　主要是在光学元件的表面附加一层材料，使之形成所要求的非球面形状。包括真空镀膜法和复制成形法。

　　2.4 非球面细磨

　　非球面透镜经过车床铣磨过的球面精度是不高的，还必须先进行细磨。如果用传统的方法，首先要细磨出一个最佳起始球面，然后细磨非球面，对非球面进行逐带修正以达到面型精度要求。四次非球面透镜的非球面度比较大，为了提高效率，我们采用了应力变形法，即抽空变形法。

　　将非球面镜放在一个圆盘状工具上，这个工具可以抽真空并装在机床轴上转动，镜面要加工的一面朝上。

　　其中Q=ρ(q，E，h) 系数a、b决定于板材的泊桑比ν。对玻璃而言，ν=0.25，可算出a=- 5.2，b=4.2。如果去掉二次方项，原则上可以用一个二次抛物面磨盘代替平磨盘。实际上由于变形量很小，磨盘的曲率半径很大，可以用一个球面磨盘代替，具体计算方法如下：

　　3 非球面抛光、磨盘的改进

　　传统的研磨抛光技术是利用抛光盘与工作表面的相对滑动，借助抛光液及混与其中的磨料粒子与工件表面之间的机械化学和物理作用实现工件表面材料的去除。