离轴抛物镜的单件加工技术

0　引言

    由于光学系统中采用非球面光学零件比起球面光学零件有着无可比拟的优点,所以人们长期以来不懈地努力进行非球面光学加工技术的研究。而离轴抛物镜是近年来应用非常广泛的一种光学零件。一般情况下,我们加工离轴抛物镜的方法是先加工出一块轴对称的母抛物镜,然后取其所要求的离轴的那部分。但是这样做有很多的弊端,增加了成本,而且也浪费了大量的材料。特别是在加工大口径的抛物镜时更是如此。因此,为了降低成本,我们可以采用单件直接加工的手工修磨法。下面对这种方法做一些介绍。

1　近似球面的确定

    对于没有中心遮拦的抛物面,起始球面应该是一个既通过边缘带,又接触顶点的球面。但只要是旋转对称的反射面,使用中都免不了有一个中心遮拦区,这部分是不用的,检验时以使外带与遮拦区边缘相接触。如图1,起始球面的球心一定在对称轴上,设半径为R,顶点坐标是(ε, 0)球心坐标(C, 0),则ε=C-R.从距离公式可写出:

    起始球面确定后就可计算最大修磨量δ_max,并进行球面的加工了。为了使后边离轴抛物面的修磨更加有利,球面的面形一定要尽量的完好,无象散,半径误差不能太大。

2　离轴抛物面的加工

    在加工离轴抛物镜之前要先进行修磨量的计算。在这里我们只需要计算子午面内的修磨量,这是因为把离轴抛物面当成是轴对称抛物面的一部分。从图1可以看出,修磨量为起始球面与离轴抛物面沿X方向的差值,即起始球面的矢高减去抛物面的矢高在加上C -R的值。

    用公式表示为

    当求出的δ_max较小时,一般为几个微米的时候,可以直接在抛光好的近似球面上用抛光粉修改,而当所求的δ_max较大时,可应该在细磨时修改面形。

    在抛光前,要先做几个抛光盘,抛光盘的底面要粘上一层柏油,抛光前要先把抛光盘放在热水里温热十几秒钟,之后迅速的压到加工面上一段时间以使抛光盘与加工面一致。抛光盘磨具可以用铝盘制成,磨具上的柏油胶盘也要较软一些。柏油胶盘要刮成不同形状,如五角形,花瓣之类的形状,其尺寸也应有大有小,这样是为了满足在后面的修磨中修带的要求。

    在修磨过程中,用刀口阴影法在焦点处对离轴抛物面进行检测,查看面形的情况并进行修带。切刀时刀口一定要上下与左右的切,为此,刀片要做成一个直角,让光点落在直角尖端,刀口的微调架也能上下,前后,左右的微调。当切出阴影图时,先找到问题最为严重的地方修改,根据带的大小使用适当大小的抛光盘进行修复。修带时一定要勤检勤看,以免修带修过头。在经过一段时间的修磨后这个带已不太严重了,应暂时放下去修其它较严重的带。在离轴抛物面的精度已接近要求时,一般此时采用压盘的方法,让抛光盘压在加工面上一段时间,中间夹一层纱网防止柏油与镜面黏合,使抛光盘与镜面吻合后再继续进行修磨。