10第十章 菱形棱镜.doc

基础光学工艺第十章 菱形棱镜第十章 菱形棱镜菱形棱镜在光学仪器中用途并不广泛。主要用于显微镜的双筒目镜、潜水艇用潜望镜、光学测距仪和炮兵瞄准器中。因为菱形棱镜的光路长（至少为孔径的34倍），必须用AA级玻璃。即使用最高等级的玻璃，也并不能认为它是无条纹，无气泡或极其均匀的玻璃。应该强调必须在三个方向检验玻璃毛坯的均匀性（见第五章）。菱形棱镜有两个平行侧面，所以可利用该平行平面按下述方法作均匀性的检验，所选毛坯装在布朗查德铣磨机的真空夹头上交替铣磨两个侧面形成平行平板。为使磨掉的玻璃量为最少，一般平板厚度比完工后棱镜的上公差大0.02in就足以满足细磨和抛光的余量要求。用煤油或匹配的折射油浸湿玻璃毛坯，就可以检验玻璃内大的气泡，结石，杂质及其它缺陷。如果预制的平行平板毛坯合格（用阴影检验时质量优于5”），则在毛坯上仔细地胶上加工过的夹板以检验其均匀性。只要平板玻璃预先检验过，则可作为夹板玻璃。平板玻璃圆盘可能出现具有象散特征的彩虹颜色，这实质上并不影响检验质量（见第五章穆翟检验）。初检后，再通过玻璃毛坯的侧面从两个方向检验玻璃毛坯的条纹。细磨，抛光侧面窗口达到优于一个光圈的面形质量。细磨，抛光时将玻璃导块胶合到圆盘上，用高度游标尺（见图10.1）检验其平行性。附录3中将讨论玻璃导块胶合到光学零件上的方法。该方法是费时的，但是因为这种零件比其它光学零件具有更长的光路，故必须这样做。此外由于45前反射表面会引起透射缩小效应，因此修磨OPD公差亦是困难的。 图10.1 在玻璃毛坯上锯开四个小窗口，从侧边检验条纹，如果需要抛光玻璃表面，用沥清胶将玻璃导块胶到玻璃毛坯上。1 行平板的加工按下述方法将工件做成平行平板，以手工或在楔角处压铅块的方法用250号金刚砂修磨工件，再用测微器测量楔度方向。在平磨模上研磨时要在最厚处加压并手工加入散粒磨料。楔度差变小时，楔角方向将移到不同的区域，这时只要修磨一个表面即可。如果楔度在0.004in以内，则在抛光机上用常规方法抛修该表面，如果仍用于的工抛修，则需要确定局部研磨区（称为参考点）。第十四章将讨论用散粒磨料修磨平行平板时除去楔度差的方法。简要地说：在楔角处放一小铅块，细磨工件的第二面，细磨一段时间后，再测量玻璃圆盘（必须测量圆盘边部的六个点），用红软笔在玻璃反面记下测量值。然后用250 号金刚砂将两个表面研磨相同的时间。用95号砂与用145号砂的细磨方法类似。145号砂细磨后工件楔角必须小于 0.0002in。如果光学车间有三点法检验装置和一台夏弗德埃库特罗（Sheffied Accutron）电子计量仪器，则精度要以做得更高些。初学者使用测微器可能会存在一些困难，因为工件表面上的砂和麂炷会引起读数误差。但这可用95号砂凸的陶瓷模具将被检面磨得稍凹一些即可。平行平板的两面均需粗抛光，面形质量应优于12个光圈。由于泰曼效应，一般一个是凸表面，而另一个凹表面。用菲索干涉仪（见第十四章）检验粗抛光表面时可以观察到两组条纹图形：一组表示上表面的面形质量；另一组表示两个表面平行度的菲索条纹。暂不考虑表示面形质量的条纹，而只观察代表平行的条纹图形。此时可能有几种菲索条纹图形：第一种是许多等间隔的平行线条纹；第二种是不规则的椭圆形条纹，称为象散图样。第二种图形表示平行度是好的，而第一种平行线纹则表示存在剩余的楔角。用菲索条纹测量楔角度时，右以用下列公式： 楔度（秒）=条纹数*1.5/直径例如，3”=30*1.5/15。这样的楔度误差对大多数菱镜而言，已足够好。如果要有更小的公式，则平行平板的两个表面应有更好的平行度。用一只手指放在菲索条纹上，可以找到楔角方向。当条纹出现弯曲时，弯曲的方向实际上是指向零件较薄的一端。大多数操作者在抛光好一个面以后，再设法消除楔度差。抛光第二面时，用加铅块的方法来除去楔度差。铅块用胶带纸粘牢。铅块的重量取决于平行平板的直径和楔角的大小。抛一段时间后，如果表面出现象散条纹，则要增加摆动行程并用低于工件转速的摆速来抛去象散。然后再索菲干涉仪检验，直到楔度达到公差以内为止。两个表面的质量都应优于半个光圈，楔度小于3”。如图10.2所示，在已抛光的表面上胶上平板保护玻璃，并在两个抛光面间垫一张透镜纸（见附录3），这样可以防止已抛光表面产生划痕及在锯切和铣磨时产生碎裂。如果在毛坯上要切出多于两个的长方形棱镜时，则将胶带纸贴在毛坯上划线。图10.3表示标准的菱形棱镜。注意：通常以3.2mm锯口锯切两个45反射角，如果棱镜尺寸大，则锯口尺寸就更大。用铣磨机铣去锯切后过多的余量。长方形的玻璃平板必须比加工后棱镜的尺寸长13mm左右。更详细的说明见图10.4。图10.2为保护已抛光表面，用沥青胶胶合玻璃保护片。 图10.3 经过菱形棱镜的光路追迹。2 制作90侧面角如图10.3所示，棱镜的两个45反射角有两个90侧面角。为控制尖塔差和平行度，必须将棱镜固定在夹具里细磨以达到一定的精度要求。90侧面角可用机械角尺控制。在平磨模上用250号砂细磨已锯好的菱形棱镜。当棱镜的直角达到光隙检验的要求后，用沥青胶将棱镜胶在铝平模上，以最小佘量磨平表面。后面加工到比棱镜宽度的上公差小0.02英寸。图10.5所示为把棱镜装在夹具上。 图10-4菱形棱镜的最后铣磨成形涉及到两个45反射面。将棱镜以带有保护玻璃的斜面作安装表面，安装在一只带有45角的铝斜块的专用夹具(见图10.6)上，把棱镜块紧密地胶合在45斜块的90侧面和斜面上，铣磨出第一个45面后，再把毛坯调头使第二个45面铣磨到大于上公差1mm。下一步操作是使棱镜的两个90侧面互相平行。 图10.5制造菱形棱镜的90侧面角研磨时设置一个外自准直装置以供使用(见图10.7)。准直管调到大约45角，研磨面放在铝制平台上三只预先蜡胶的尼龙球上。由已抛光过的其平面性满足测量要求的平板玻璃形成外准直象。因为有两个表面，所以每个面的细磨量应相等。目镜中象的分离表示90侧面角的误差。用145号砂修磨，使两个象重合为上止。最后用250号砂粗磨棱镜的两个45反射面。加工这些角度时，需要一只精密的45角尺和图10.6用特殊夹具铣磨菱形棱镜45组合反射角 图10.7用于细磨棱镜90侧面角的外自准直装置机械的直角尺。所有锐角都倒成宽度为0.02英寸的倒角。完成这些操作以后，修磨45角使之达到45量角器和直角尺的光隙检验要求。3. 两个45反射角的加工用保护玻璃保护两个已抛光表面和45角的尖角，直到铣磨与研磨完毕。去掉保护玻璃以前用自来水清洗保护片四周。并用小木头棒挖去空隙内的任何砂粒并用二甲苯清洗。在控温电炉内将保护玻璃加热到80c，使向上提起保护玻璃时很容易与棱镜脱开。待泠却后用145号砂将所有锐角稍加倒角。用二甲苯洗掉粘结在表面上的沥青胶，再用洗涤水清洗。如7.3节所述用外自准直法检验菱形棱镜。如果有误差，则用145号砂研磨修整，并使象重合(见图10.7装置)。下一步是将玻璃导块胶合到棱镜上。从玻璃圆盘上切下的圆块可作导块用。必须注意玻璃导块胶合到菱形棱镜上时，要平衡不均匀的质量分布(见图10.8)。附录3介绍了这种方法。 图10.8为了加工具质量不均匀的菱形棱镜，加工时应把34个零件组合在一起。 用沥青胶胶合玻璃导块为了控制45组合角(45角及其90侧面角)的尖塔差，用外自准直装置检验组合角，即交替检验45反射角和90侧面角(见图10.9及第7.3节)。这种外自准直测量法常用于加工菱形棱镜的第一面和第二面。简单地说，把标准的45角度规放在一块小的高质量平行平板上，将整个组件放在三个蜡胶的尼龙球上，在自准直目镜内用十字线对准45标准角所反射的象并固紧准直仪，再检验棱镜的45角。选择已研磨过的一个90侧面作为参考面，并用金刚石划线器作上记号。该侧面也作为制作第二个45角时的参考面。在90侧面上湿粘一块小的镀铝平板，使之具有反射性并对准自准直仪。注意:90空气角是由棱镜上的小平板与放组合件的光学平板所组成的。这种组合角包含了角度误差，研磨时可以找到一个压力点，使玻璃的角度误差同时得到修正(复习第7.5节)。用这种方法制造棱镜时，必须控制棱镜的总长度。这可用分厘卡测量两个45角面间的距离来检验。检验时要用一张透镜纸来保护抛光表面，但是测量。要考虑纸的厚度。用250号砂磨去玻璃佘量的一半，佘下的一半在加工第二个45表面时再磨去。用145号和95号砂研磨后，象必须重合。有时修磨三次后会将倒边磨掉此时要用显微镜载玻片和145号砂重新倒角。首先可用九片或145号砂在玻璃导块和棱镜间珩磨，抛光前珩磨玻璃导块并将45面的尖角倒角，再用洗涤水洗净之。用常规的沥青抛光盘抛光细磨过的表面（见第三章），在自准直装置中反复检验组合角的测量偏差（见图10.9）其面开质量应优于1/8光圈，并且封锁亮道子及砂眼。 图10.9 检验尖塔角和45组合角的外自准直装置4、抛光和内自准直法在沥青抛光盘上抛光一段时间以后，用一种新的内自准直装置（见图10.10）检验粗抛光的菱形棱镜。该装置中检测棱镜光路实质上与棱镜在仪器中的使用光路相同。注意，准直镜必须在平台水平面下面的一个便于观察的高度上。如果准直仪目镜中观察到重合的象，则角度是正确的。这种装置与多重影象装置十分相似。第7.4节中已仔细介绍了抛光时玻璃角度的修整方法。简单地说，玻璃角度存在误差时，十字线的象可能出现八种情况。抛光时，为修整棱镜的角度，需要找到一个压力点。用如图10.9所示的同样玻璃导块和自准直装置细磨第二个45面。首先要确定尖塔角误差的方向(哈气试验法)及角度误差的正、负。确定角度误差可以用两种方法：目镜朝棱镜内离焦；用刀口检验确定哪一个水平象将首先消失。修正对应误差时以两个压力点的中点