07第七章 棱镜抛光.doc

基础光学工艺第七章 棱镜抛光第七章 棱镜抛光本章讨论棱镜组合玻璃角的修正。第六章论述了玻璃反射角的内自准直检查法，但没有讨论如何修正。1 加压点加工棱镜一个表面时，抛光修正该面的90角只要用一个加压点就可以了。要同时修正组合角的两个角度误差时，也只需要一个加压点。本节只定出90棱镜反射角第一表面上的加压点。表7.1用来确定修正与第一抛光面相关的90侧面角的加压点。棱镜参考面可以在左侧面或右侧面，如图7.1a所示。一旦选择了一个参考侧面，就用金刚石划线器作出标记以便识别。2 90侧面角的抛光一般首先抛光棱镜的最大一面，并修正其90侧面角，见图7.1a。文中所述技术可用于任何一种棱镜、光学立方体戒长方体。不过这里是以直角棱镜来说明的。棱镜最大的面是与90侧面角一起修正的斜面，并用内处自准直法检验90侧面角（见图7.1a）。将参考面（顶先作标记R）放置于一块毡上，准直仪调节到大约45的位置（可以在40-70变化），由它射出的平行光波棱镜斜面与参考面构成的90侧面角反射回来。图象一般有两类：一类是重合的象，表明角度正确；另一类是分离的水平象，表明有角度误差。角度误差有正（钝角）、有负（锐角）。一个单一的象表明侧面 图7.1角为理想的90。有几种决定玻璃角是钝角还是锐角的如下：规则（1） 目镜从最佳聚焦状态离焦，如果两水平象靠近，则为锐角（负）。规则（2） 目镜从最佳聚焦状态离焦，如果两个水平象趋于分离，则为钝角（正）（也可见附录20）。另一种方法称为刀口检验法：用一把机械尺遮住目镜下半部，如果上面的水平象消失了，就为锐角或大于90。图7.1a、b表示细磨或抛光完成时，其90侧面角得到修正且表面面形优于1/10光圈。3 其它角度的抛光先考虑直角棱镜的第一个45角。加工好斜面后再加工两个45反射角，并尽可能仔细地修正其中的一个45角，而由第二个45角来平衡剩余误差。抛光的斜面与另一个面构成的45角，实际上是带有90侧面角的45复合角，它必须用如图7.2所示的自准直法检验。用内自准直法检验经抛光和修正的第一个玻璃角，被反射的平行光返回到自准直仪目镜。用同样的方法检验90侧面角。再按规则（1）、（2）或刀口检验法确定玻璃角的精度。在一点加压，抛光时可同时修正两个玻璃角的误差。修磨第一个4590复合角时，表7.1中的第2、3、5行是首要的（检验预定参考面）。表中列出了45角及其90侧面角（控制尖塔差），锐（-）、钝（+）和理想（零）均表示玻璃角，数字18表示加压点或加压区。这些数字与图7.2（18）所示的加压点相对应。图7.2表示用自准直法检验时要修正的棱镜表面处于朝下位置。表7.1 棱镜角度误差的修磨 （以直角棱镜为例）行90侧面角尖塔角方向45反射角加压点参考面/左边（R/L）参考面/右边（R/R）1理想（0）0锐角（-）772理想（0）0钝角（+）333钝角（+）右理想（0）514锐角（-）左理想（0）155锐角（-）左钝角（+）246锐角（-）左锐角（-）867钝角（+）右锐角（-）688钝角（+）右钝角（+）42注：1）此表对任何类型的棱镜均适用。 2）如果参考面位于右边（R/R），表中数字是不同的（见图7.2一个复合角时采用2、4、6行,全部复合角时采用3、4、5行。4 最后一面的抛光直角棱镜最后要抛光的面是第二个45面。单独用内自准直法检验被加工的最后一个复合角和两个玻璃角的综合效应，如图7.2所示。加工第一个45面时的剩余误差与加工第二个45面时的误差的总和会产生两个内自准直象。它们位于目镜视场的四个象限内，或分开，或重合，很难区别哪个最靠近自准直仪的45反射面的反射象，哪个是内自准直象。要辨别这类现象，可采用哈气检验这一简单的方法：在斜面上用力地哈气并注意随着雾气蒸发重新出现的象，在象消失的棱镜侧面上作标记（这 点很重要，因为这个侧面是两个可能的 图7.2抛光加压点之一）。图7.1 18中虚线代表内自准直象，实线代表最靠近自准直仪的45面的反射象。象的垂直分离表示尖塔差，象的水平分离为棱镜中总的剩余角误差。图7.2中x和p分别为角误差和棱锥方向误差。注意参考面R在左边。若参考面在右边，加力点就与图示的不同。用表7.1能定出抛光时的加力点。例如，假定45反射角为锐角（-），并且哈气检验表明棱锥方向在参考面同一侧，应用表7.1中第七行，知加压点为8。如果象立即靠近，说明玻璃角和棱镜角方向变化很快，此时必须不断检查。因为这说明受压点也将不断变化，而压力总是作用在钝角对面的锐角上。以上虽以直角棱镜为例说明了角度误差的修正，但这些方法可用于大多数典型棱镜。5 反射象的计算即使已修磨好的棱镜，通常在自准直装置中也可观察到三个象：两个逆反射的两次象夹着一个象。对于已校正的棱镜，这些象近于重合，但是如果玻璃有杂质或不均匀或两者兼有之，则会使两次象的光散射。操作者必须学会集中注意两个较亮的分离象（有角度误差的棱镜），而略去其它的逆反射象。典型的带有逆反射两次象的图案如图7.3所示。 图7.36 棱镜的镜状表面在棱镜中存在的镜状表面有时使被观察的物体四周产生彩红色泽，而理想的反射镜面是没有这种色泽的。真正的反射镜面是反射表面，而显示彩虹色彩的表面则会透射出分成光谱色彩的光线，参见图7.4ac。找出真正的反射镜面是很重要的，因为在检验角度误差时，反射镜面能用于棱镜的内在自准测量。例如，在直角棱镜中观察一个45棱镜面时，可以看到平面镜状表面，如果将铅笔放在棱镜的第二个45面或斜面上，可以观察到铅笔的移动。这种情况在使用自准直仪时是有用处的。下面所述是反射镜面的另一种应 图7.4用。从棱镜斜面可以观察到眼睛的反射。眼睛的象被90角（平面镜状表面）反射。若90角的 误差以分计时，则眼睛象将产生畸变。平面镜状表面的观察提供了与两个45角互补的90角的检验。此类检验可分下列几种情况：图7.4c中的眼睛的图象呈鸡蛋形，表示90角实际上小于90。在这种情况下，一个45角面是完善的，另一45角面有几分误差。另一种情况是两个45角面的误差抵消，90角的最后误差为零。若眼睛的象是无畸变的，则可能发生下列两种情况：情况1：两个45面可能被修正到无角度误差。情况2：90角的误差由两个互相抵消的方向相反、大小相同的角度误差组成，例如，一个面为+6，另一面为-6。45屋脊偏向棱镜是值得注意的，在置于一块毛毡上的施密特棱镜表面上能观察到许多象平面镜那样的小平面。必须注意，观察时要与表面成90，不要离轴，不然会出现带有色泽的象。理想的平面镜状表面可以用于实现内自准直，以检验单个反射角或复合角。关于偏向棱镜的内自准直法，要记住的重要一点是，棱镜所有的面必须已经加工完毕，否则经常会观察到令人误解的图象。这类平面镜表面的用处之一是作测距仪目镜前的棱镜。目镜前的 棱镜是有金属镀层的表面和一个由各种单个棱镜胶合而成的组合体。这类棱镜虽然制作花费大，但能自动准直。7 三类棱镜棱镜可分为三类（见图7.5ax）：I类为单个棱镜；II类为两个棱镜的组合体；III类为三个或更多个棱镜的组合体。内自准直法是区别各类棱镜的较好方法之一。 一号图 二号图三号图 四号图六号图 五号图图7.5用自准直法可以检查多重反射角，参见图7.5x。例如由两个棱镜组合而成的别镜，具有两个镀银的、略为分开的表面（见图7.5r）。一块棱镜由一个非特殊的45角和另外两个特殊的67.5角组成。第二块棱镜中一个角为22.5，另一个角为45，第三个角为112.5，45和22.5角为非特殊角，而112.5则为特殊角。彻底弄懂每一个棱镜的多重角的观察情况是很重要的，因为它提供了考虑棱镜结构的思路。这个问题将在典型棱镜一章中再作仔细讨论。8 典型棱镜8.1 单个棱镜图7.5a为视线偏转90的直角棱镜，在偏转90时象将是颠倒的，如果再反射到同一边，则变成正立的。上述就是最常用的内自准直光学方法。图7.5b为按照大直角棱镜仿制的哈天道威棱镜的图样。它用不同类型的玻璃制作就有不同的底面长度和高度。如果直角棱镜是小的，铣去直角棱镜的顶部就形成了道威棱镜。道威棱镜为一种直视棱镜，只能用于平行光路中。当棱镜底面朝下时，象是颠倒的，。这类棱镜经常用于扫描系统中，因为象以正常速度的两倍旋转。这里示出的是最好的内自准直法。图7.5c为45偏向屋脊棱镜(施密特)。它的入射面与出射面间夹角为45，棱镜的象颠倒并反向，同时视线的偏转等于入射面与出射面间的玻璃夹角。内自准直测量时，棱镜的屋脊最好放在木块的90槽口内。图7.5dh是夫兰克福德2号棱镜，它包括80、90（阿米西）、115（夫克兰福德1号）和120在内的五种棱镜。其夹角可以任意设计，通常7.5c所示是为最好的设计。此外，也可参见90屋脊棱镜的讨论。图7.5i是列曼棱镜，它有使象颠倒和反向的90屋脊。视线的侧向位移等于入瞳直径的三倍。这类棱镜侧面放置时可作内自准直测量。图7.5i为夫兰克福德军用4号棱镜，它没有90屋脊。视线在水平面上偏转90，同时在垂直面上偏转45，于是图将回转到在垂直于视线方向站立的观察者。按棱镜侧面放置就可作自准直测量，但要注意入射于棱镜45角面的必须是平行光束。图7.5k为6号夫克兰福德军用棱镜。视线在水平面上转过90角，同时在垂直面上转过60，于是图象经棱镜后颠倒。为作内自准直检测，应将棱镜90屋脊角放在木块的90凹槽里，并以平行光束入射于棱镜的垂直面上。图7.5l为7号夫克兰福德军用棱镜，它有一个90屋脊角并将视线在水平面上转过90角，同时再在垂直面上转过45角，于是观察者看到的棱镜象既不颠倒也不反向，但观察者的站立位置应与棱镜视线垂直。将棱镜侧面放置就可以进行内自准直测量。图7.5m为5号夫克兰福德军用棱镜，视线在水平面内偏转90角，同时在垂直面上偏转60。对垂直于视线方向站立的观察者来说象是颠倒的并且反向。此时棱镜靠底面放置，棱镜的侧面应接受平行光束。图7.5n为3号夫克兰福德军用棱镜。视线在水平面上偏转60，再在垂直面上偏转45。垂直于视线方向站立的观察者将观察到颠倒的反向象。内直准直法的检验位置与图7.5l类似。8.2 双棱镜组合体图7.5o为普罗棱镜，通常由两个相同的互作直角放置的直角棱镜组成 。内自准直检验与直角棱镜情况相似（见图7.5a），一次检验一块棱镜。图7.5p为普罗组合棱镜的阿贝改进型。它由两块相同的棱镜胶合在一起，象颠倒并反向，与普罗组合棱镜一样，它是直视系统，。视线离轴的距离等于在同一平面上一块棱镜的抛光侧面上，可对棱镜进行内自准直检验。图7.5q为A型阿贝棱镜，它不使视线偏转，故称为直视棱镜。组合 棱镜使象颠倒并反向。每块棱镜按图示进行内自准直测量。为使自准直光线能从第一块棱镜返回来，可在棱锥面上贴一块镀铝小平面。第二块棱镜实际上是由等边三棱镜切去一只60角得到，平行光束通过两个抛光侧面实现自准直测量。在自准直目镜内可观察到两个同样的象。图7.5r为两块棱镜组成的别汉字组合棱镜。这种组合棱镜与哈天道威棱镜相似，其优点为既可以置于会聚光束中又能置于发散光束中使用。根据横向位置可以使向颠倒或反向，每块棱镜的一面镀银，非镀银反射面间大约有0、002in的间隔。每块棱镜的一个侧面朝下放置，独立地进行自准直测量。入射光束和出射光束都必须是平行光束。图7.5s为双道威棱镜，实质上是一对哈天道威棱镜，其反射底面镀银并胶合在一起。这种组合使单个哈天道威棱镜的棱镜长度减少一半，但仅适用于平行光路中。将底面稍微镀银并朝下放置就可进行内自准直测量（见附录9）。入射两个面中任意一个面必须是平行光束。图7.5t为两个零件胶合的倒转棱镜，它是A型阿贝棱镜的改进型（见图7.5p），与别汉棱镜一样可置于平行、会聚和发散光束中。如果顶部反射面垂直于水平面，则象反向；如果顶部反射面平行于水平面，则象颠倒。棱镜按垂直方向偏心，视线则以偏心误差的两倍而偏离入射方向，但视线并未偏转。检验每个棱镜的自准直光路，如图所示。8.3 三个以上棱镜的组合图7.5u是一块正象棱镜系统。它由两块小的直角棱镜和一块大的直角棱镜胶合而成。小棱镜以适当方位胶合于大棱镜上接受会聚光束。每个直角棱镜都可用图7.5a所示方法进行自准直测量。图7.5v是由三块棱镜组合成的c、p、高兹棱镜系统，光线投射到置于直角棱镜前方或后方的物镜上。棱镜系统将有象颠倒或反向。光线初始方向并不偏转，但有位移，位移量取决于棱镜p1与棱镜p2之间的间隔。检验每块棱镜的自准直装置如图所示，注意棱镜p3有一个90屋脊角。图7.5w为由三块棱镜组合而成的卡蔡司棱镜组。物镜通常放在直角棱镜p1和90屋脊棱镜p2之间，但也可以放在直角棱镜p1之前。组合棱镜可将象颠倒或的反向，但光线并不偏折。与高兹棱镜一样，棱镜p1和棱镜p2间的间隔决定光线的位移量。内准直测量装置如图所示。棱镜p3实际上是一块60楔块，可以用图7.5d所示的自准直法检验。9 结束语内自准测量装置中的棱镜类似于一块平行平面板，并且它具有由两个光学平板中的角误差所引起的矢