專利名稱：一種離軸拋物面鏡的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非球面制造技術(shù)，特別是一種離軸拋物面鏡的加工方法。
背景技術(shù)：
離軸拋物面鏡是從旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的拋物面鏡中取用不包含對(duì)稱軸的一個(gè)部分的鏡面，由于它能以簡單的面形產(chǎn)生高質(zhì)量的無中心遮攔的平行光束，近年來逐漸成為一種應(yīng)用較廣的光學(xué)零件。
離軸拋物面鏡由于失去了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，無法按傳統(tǒng)方法在磨鏡機(jī)上加工磨制，通常認(rèn)為，如果要對(duì)離軸拋物面鏡作一定精度的單件加工，即將玻璃毛坯尺寸做到離軸拋物面所需要的口徑后磨制，只有在運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)加工的技術(shù)成熟后才成為可能，也就是說，必須依賴于復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制的光學(xué)加工設(shè)備。因而，現(xiàn)在普遍采用的是挖切技術(shù)，即，先做一個(gè)大的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的拋物面(母拋物面鏡)，再用套切工具挖出所需的部分。這種方法工藝上比較成熟，然而，由于母拋物面鏡的尺寸要比所需的離軸拋物面鏡大出很多，只能適用于口徑在100毫米左右，離軸量也不大的鏡子，而當(dāng)口徑在200毫米以上時(shí)，所需要的軸對(duì)稱母拋物面鏡口徑往往要在500毫米以上，加工成本迅速上升，價(jià)格隨尺寸的增大而急劇增加，甚至因母拋物面鏡口徑太大而無法加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種離軸拋物面鏡的制造方法，不需要加工母拋物面鏡，直接用手工磨制所需的離軸拋物面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑離軸拋物面鏡的加工。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種離軸拋物面鏡的制造方法，包括下列步驟
(1)確定口徑和初始球面半徑，制作鏡坯；離軸拋物面鏡給出的主要參數(shù)是口徑、母拋物面焦距、離軸量(或離軸角)，根據(jù)所給參數(shù)，可以計(jì)算出離軸拋物面鏡的初始曲率半徑數(shù)值，鏡面上最低區(qū)域的位置及最高區(qū)域的位置和磨去量。在參考資料《光學(xué)非球面的設(shè)計(jì)、加工與檢驗(yàn)》(作者潘君驊 科學(xué)出版社1994年版)的168至172頁中，給出了相關(guān)的表示和計(jì)算方法。根據(jù)口徑要求和計(jì)算獲得的初始曲率半徑，可以制作鏡坯。
(2)取一金屬方形鏡框(外方內(nèi)圓)，將鏡坯裝入鏡框，鏡面朝上，高出鏡框表面2毫米至3毫米，鏡坯與鏡框間的間隙為0.3毫米至0.4毫米，在鏡坯與鏡框間四周插入3片或4片透明塑料片，用密封材料封閉鏡框與鏡坯間的縫隙；(3)在鏡框一側(cè)中央及鏡坯的對(duì)應(yīng)位置分別制作標(biāo)記，該標(biāo)記可以代表母拋物面軸線的方向，在離軸拋物面制造完成，從鏡框取出后，是非常重要的一個(gè)標(biāo)記；(4)拋光鏡坯的初始球面；(5)設(shè)置檢測光路，調(diào)整方形鏡框相對(duì)于平行光束的角度、位置，使鏡面角度符合離軸量要求；(6)用刀口陰影法檢測鏡面；(7)根據(jù)二維刀口的陰影圖，修磨鏡面；(8)重復(fù)步驟6和7，直至陰影圖明暗均勻，即獲得所需離軸拋物面鏡。
上述技術(shù)方案中，所述步驟2中的密封材料可以是醫(yī)用白膠帶，只需避免拋光液流入縫隙中即可。
上述技術(shù)方案中，所述步驟3為，在所述鏡框的一側(cè)中央刻一條線，并在鏡坯邊緣的對(duì)應(yīng)位置也刻一記號(hào)。
上述技術(shù)方案中，所述步驟5中的離軸量調(diào)整方法為，方形鏡框豎放在檢驗(yàn)臺(tái)面上，面向平行光管，使方形鏡框相對(duì)平行光束有一偏轉(zhuǎn)角，約為離軸角的一半，聚焦點(diǎn)偏出平行光束，在聚焦點(diǎn)處放置二維刀口，在平行光管的出口中央和方形鏡框的正面各吊一垂線，從聚焦點(diǎn)觀察鏡面，平移方形鏡框，使兩垂線重合，在平行光路中近焦點(diǎn)處放置扁平標(biāo)桿，使其從焦點(diǎn)處只能看到其厚度，刀口尖點(diǎn)至扁平標(biāo)桿的垂距即為離軸量，轉(zhuǎn)動(dòng)方形鏡框，使離軸量符合要求即可。
上述技術(shù)方案中，所述的扁平標(biāo)桿為放置在小架上的鋼片；所述扁平標(biāo)桿厚0.8毫米至1.5毫米，寬15毫米至20毫米。
上述技術(shù)方案中，在修磨結(jié)束時(shí)，可以作定量檢測，如不符合要求，則重復(fù)步驟6和7，至符合要求為止。
其中，所述的定量檢測方法可以是彌散圓大小，可以是分辨率測定，也可以是干涉測量。如果指標(biāo)是彌散圓大小，則直接用讀數(shù)顯微鏡測量像斑大小，再除平行光管焦面上小孔經(jīng)離軸拋物面鏡成像的尺寸，所得結(jié)果即彌散圓尺寸；如果指標(biāo)是按干涉條紋計(jì)，往往是λ/10～λ/20rms，則首先要做到讀數(shù)顯微鏡觀察時(shí)，平行光管小孔像的輪廓十分清楚；為了得到干涉數(shù)據(jù)，首先要用標(biāo)準(zhǔn)平面鏡取代平行光管，要使平面鏡表面嚴(yán)格垂直于原來的平行光束，做法是先用一束細(xì)的激光從二維刀口的尖點(diǎn)射向離軸拋物面鏡的中心，經(jīng)反射后射向平面鏡的中心，調(diào)整平面鏡的俯仰及方位轉(zhuǎn)動(dòng)，使激光束回到二維刀口的尖點(diǎn)，然后換上斐索型干涉儀，比較方便的辦法是用數(shù)碼相機(jī)拍攝干涉條紋，做事后處理，若用移相式干涉儀則要求整個(gè)試驗(yàn)在防震條件下進(jìn)行。
在作離軸量調(diào)整前，如果圖紙給出的是離軸角，則要換算成離軸量，扁平標(biāo)桿在小架上的高度應(yīng)高于離軸拋物面鏡帶框豎立在臺(tái)面上以后的中心高，二維刀口可用一小塊剃須刀片，磨成互成直角的兩個(gè)鋒口，其相交的尖點(diǎn)將來就指示出準(zhǔn)確的離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)，二維刀口裝在一個(gè)小的二維微調(diào)架上。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了離軸拋物面鏡的單件加工，因而不需制作母拋物面鏡，極大地降低了加工成本，并能實(shí)現(xiàn)大口徑及離軸量較大的離軸拋物面鏡的加工；2.由于本發(fā)明將待加工的鏡坯置于金屬方形鏡框中，因而可以方便地在檢測光路中調(diào)整和定位；3.采用二維刀口的陰影圖作修磨時(shí)修磨位置和修磨量的判斷依據(jù)，儀器簡單、操作調(diào)整方便，鏡面誤差較大時(shí)也能判斷，同時(shí)，靈敏度在滿足一定環(huán)境條件時(shí)不難達(dá)到λ/10～λ/20；
4.設(shè)置扁平標(biāo)桿，使離軸量的測定方便、準(zhǔn)確。


附圖1為本發(fā)明檢測光路的示意圖。
其中[1]、鏡框；[2]、鏡坯；[3]、扁平標(biāo)桿；[4]、二維刀口。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見附圖1所示，采用本發(fā)明的制造方法制作一個(gè)離軸拋物面鏡，口徑為Ф＝420毫米、母拋物面焦距f0＝5000毫米、離軸量H＝700毫米，包括下列步驟(1)制作鏡坯；(2)設(shè)計(jì)并加工一金屬方形鏡框1，將鏡坯2裝入鏡框1，鏡面朝上，高出鏡框1表面2毫米至3毫米，鏡坯2與鏡框1間的間隙為0.3毫米至0.4毫米，沿鏡坯四周等距離插入4片厚度為0.10～0.15毫米的塑料片，用醫(yī)用白膠帶將縫隙周圍封住，以免拋光液流入；在鏡框1一側(cè)中央刻一條線，順著這條線，在鏡坯2的高出鏡框1的地方也刻一個(gè)記號(hào)；(3)準(zhǔn)備測量離軸量的扁平標(biāo)桿3及二維刀口4，測離軸量的標(biāo)桿是一片厚約1毫米，寬1520毫米的鋼片，豎直在一個(gè)小架上，標(biāo)桿的高度應(yīng)高于離軸拋物面鏡帶框豎立在臺(tái)面上以后的中心高，二維刀口4可用一小塊剃須刀，磨成互成直角的兩個(gè)鋒口，其相交的尖點(diǎn)將來就指示出準(zhǔn)確的離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)，二維刀口4應(yīng)裝在一個(gè)小的二維微調(diào)架上；(4)拋光鏡坯2的初始球面，若算出的應(yīng)磨去量大于10微米，則在高出的區(qū)域先用302#砂適當(dāng)磨掉一些，以減輕拋光改非球面的負(fù)擔(dān)；(5)調(diào)好檢測光路，當(dāng)初始球面拋亮，能有反射光后，連同方形鏡框1豎放在檢驗(yàn)臺(tái)面上，面向平行光管，在平行光管的出口中央吊一垂線，在離軸拋物面鏡的方形鏡框正面也吊一垂線，方形鏡框?qū)ζ叫泄馐杂幸黄D(zhuǎn)角，即離軸角的一半，大致設(shè)置這個(gè)角度，使離軸拋物面鏡的聚焦點(diǎn)偏出平行光束；(6)準(zhǔn)確設(shè)置離軸量，在上一步得到的聚焦點(diǎn)上放置二維刀口(尖角)，可以用刀口上下、左右切兩個(gè)方向的陰影圖判斷，這時(shí)，誤差還很大，只能取一個(gè)最利于下一步修磨的位置，用眼睛觀察鏡面，可以看到上一步設(shè)置的兩根垂線，若沒有完全重合，應(yīng)平移方形鏡框，使之重合，然后將扁平標(biāo)桿放到平行光路中去，靠近焦點(diǎn)處，并使之從焦點(diǎn)處看去只看到其厚度，也象一條線，與先前設(shè)置的兩根垂線重合，這時(shí)就可以用鋼尺或預(yù)先準(zhǔn)備好的長度等于離軸量的專用尺去量刀口尖點(diǎn)到扁平標(biāo)桿的距離，若不符合要求的離軸量，則需轉(zhuǎn)動(dòng)方形鏡框，直到得到正確的離軸量；(7)根據(jù)二維刀口看到的陰影圖，決定修磨鏡面的步驟，如果初始球面的曲率半徑偏差太大，則應(yīng)修正曲率半徑，離軸拋物面鏡的焦距可以用尺測量近軸點(diǎn)及遠(yuǎn)軸點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離，再用公式計(jì)算，面形誤在陰影圖上的反映是局部的明暗對(duì)比，對(duì)比愈強(qiáng)烈，誤差愈大，隨著修磨的進(jìn)展，陰影圖看上去愈明暗均勻；(8)結(jié)束修磨工作。
經(jīng)上述步驟后，獲得了Φ＝420、f0＝5000毫米、H＝700毫米的離軸拋物面鏡，其精度，用干涉測量面形誤差達(dá)到了小于λ/20rms的技術(shù)指標(biāo)要求。
權(quán)利要求
1.一種離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于，包括下列步驟(1)確定口徑和初始球面半徑，制作鏡坯；(2)取一金屬方形鏡框[1]，將鏡坯[2]裝入鏡框[1]，鏡面朝上，高出鏡框[1]表面至少2毫米，鏡坯[2]與鏡框[1]間設(shè)有間隙，用密封材料封閉鏡框[1]與鏡坯[2]間的縫隙；(3)在鏡框[1]一側(cè)中央及鏡坯[2]的對(duì)應(yīng)位置分別制作標(biāo)記；(4)拋光鏡坯[2]的初始球面；(5)設(shè)置檢測光路，調(diào)整方形鏡框[1]相對(duì)于平行光束的角度、位置，使鏡面角度符合離軸量要求；(6)用刀口陰影法檢測鏡面；(7)根據(jù)二維刀口的陰影圖，修磨鏡面；(8)重復(fù)步驟6和7，直至陰影圖明暗均勻，即獲得所需離軸拋物面鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于所述步驟2中的密封材料為醫(yī)用白膠帶。
3.如權(quán)利要求1所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于所述步驟3為，在所述鏡框[1]的一側(cè)中央刻一條線，并在鏡坯[2]邊緣的對(duì)應(yīng)位置也刻一記號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于所述步驟5中的離軸量調(diào)整方法為，方形鏡框[1]豎放在檢驗(yàn)臺(tái)面上，面向平行光管，使方形鏡框[1]相對(duì)平行光束有一偏轉(zhuǎn)角，為離軸角的一半，聚焦點(diǎn)偏出平行光束，在聚焦點(diǎn)處放置二維刀口[4]，在平行光管的出口中央和方形鏡框[1]的正面各吊一垂線，從聚焦點(diǎn)觀察鏡面，平移方形鏡框[1]，使兩垂線重合，在平行光路中近焦點(diǎn)處放置扁平標(biāo)桿[3]，使其從焦點(diǎn)處只能看到其厚度，刀口尖點(diǎn)至扁平標(biāo)桿[3]的垂距即為離軸量，轉(zhuǎn)動(dòng)方形鏡框[1]，使離軸量符合要求即可。
5.如權(quán)利要求4所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于所述的扁平標(biāo)桿[3]為放置在小架上的鋼片。
6.如權(quán)利要求5所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于所述扁平標(biāo)桿[3]厚0.8毫米至1.5毫米，寬15毫米至20毫米。
7.如權(quán)利要求1所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于在修磨結(jié)束時(shí)，可以作定量檢測，如不符合要求，則重復(fù)步驟6和7，至符合要求為止。
8.如權(quán)利要求7所述的離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于所述的定量檢測方法可以是彌散圓大小，可以是分辨率測定，也可以是干涉測量。
全文摘要
一種離軸拋物面鏡的制造方法，其特征在于，包括下列步驟制作鏡坯；取一金屬方形鏡框，將鏡坯裝入鏡框并封閉縫隙；在鏡框一側(cè)中央及鏡坯的對(duì)應(yīng)位置分別制作標(biāo)記；拋光鏡坯的初始球面；設(shè)置檢測光路，調(diào)整方形鏡框相對(duì)于平行光束的角度、位置，使鏡面角度符合離軸量要求；用刀口陰影法檢測鏡面；根據(jù)二維刀口的陰影圖，修磨鏡面；重復(fù)檢測和修磨，直至陰影圖明暗均勻，即獲得所需離軸拋物面鏡。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了離軸拋物面鏡的單件加工，因而不需制作母拋物面鏡，極大地降低了加工成本，并能實(shí)現(xiàn)大口徑及離軸量較大的離軸拋物面鏡的加工。
文檔編號(hào)C03B19/04GK1444058SQ03113119
公開日2003年9月24日 申請(qǐng)日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者潘君驊, 錢煜, 胡建軍 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)