光学制造术第5章平面及棱镜加工.ppt

第5章 平面及棱镜光学零件加工 《光学加工》 Optical Fabrication 课程公共邮箱：hfutof@126.com 本节内容 6课时 第5章 平面及棱镜光学零件加工 概述 在各种各样的光学仪器中，几乎都要使用平面和棱镜光学零件。 平面光学零件包括平晶、平行平板、平面反射镜、光楔、滤光片、光盘片基、波片、信频器、液晶光屏平面等等。 材料主要是光学玻璃，有时是晶体。棱镜种类更是繁多，如直角棱镜、五角棱镜、锥体棱镜、道威棱镜、列曼棱镜、斯密特棱镜等等。 第5章 平面及棱镜光学零件加工 概述 随着现代科技的发展，对高精度平面、棱镜的需求越来越多，精度要求也越来越高。尤其在空间光学技术、激光技术及微电子技术中，广泛采用高精度光学零件。 因此，在现代光学加工技术中，高精度光学零件的制造已成为光学零件加工行业的重要研究课题，并形成了精密光学零件加工技术的新领域。 5.1 概 述 概述 于零件精度等级的划分，一般高精度平面的平面度λ/20，平行度2”；超高精度平面的平面度 λ/20，平行度1”；高精度棱镜的角误差10”，表面平面度0.2个光圈。 目前，国内制造λ/20-λ/30的高精度平面不是难事，最高可达λ/100。高精度光学零件的加工离不开高精度的测试方法。高精度平面测试方法有等倾干涉法、三块互检法、多光束干涉法、阴影法等。高精度棱镜的角度检测方法有双像法、角度补偿法、精密比较测角法等等。 影响高精度平面、棱镜加工精度的因素很多，如材料的选择、加工设备、工作环境、加工方法、抛光模的性能及抛光液的选择等等，但主要有以下三方面。 5.1概述 一.材料的选择 制造高精度零件必须选择膨胀系数小，应力小，光学均匀性好，导热率高，杨氏模量高的材料，如石英玻璃、K4、微晶玻璃等等。 加工前对选用的光学玻璃毛坯的应力和光学均匀性必须进行复检。应力和均匀性不好的光学玻璃采用任何手段都无法加工出高精度零件。 热变形仍是高精度零件加工中值得关注的问题。抛光中及抛光后的一段时间，由于被加工件与磨盘的互相运动总要产生热量，这种热量必定影响被加工件本身上下表面的温度差异，平行平面的垂直方向的温度分布是线性的，则抛光表面的微小变形量。 5.1概述 二、加工设备的要求 加工高精度零件，应在低转速、无振动(微振动)条件下进行。机床主轴精度要高，主轴与摆轴单独驱动机构同主轴相分离的结构方式可减少振动。 三、对工房的要求 在制造高精度光学零件时，对工房的要求也不可忽视，即使有良好的材料、优质的设备、先进的加工方法，也会因工房条件不好，而影响加工精度。 5.2高精度光学零件毛坯的复检 概述 高精度光学零件毛坯的复检，是指加工前对其应力双折射和光学均匀性两项指标进行复检。 1.光学玻璃双折射值是表示光学玻璃内应力消除程度的指标。它代表了光学玻璃的内应力大小。这个内应力主要是冷却过程中降温速度太快造成的。因此，光学玻璃必须进行精密退火． 按退火时规定的条件严格地均匀缓慢降温。即使这样可以消除大部分应力，仍然还有一定量的残余内应力存在。大口径高精度光学零件的毛坯玻璃的精密退火时间长达半个月或更长。 光学玻璃本是各向同性的，当具有内应力时，就表现出各向异性。光线通过这样的玻璃就产生双折射现象。内应力越大，各向异性越严重，0光和e光的光程差就越大。 5.2高精度光学零件毛坯的复检 概述 2.光学玻璃的光学均匀性 是指同一块玻璃内部各点折射率变化的不均匀程度。当光线通过一块折射率不均匀的玻璃时，玻璃内各部分的光程产生不规则的变化。光学不均匀性产生的原因，一方面是由于退火过程中各点的降温速度不均衡；另一方面是由于退火炉内各处温度不一致及冷却速度不均匀致使同一块玻璃的各部分存在温差而造成的。因此，制造高精度光学零件的毛坯，必须使用精密退火的光学玻璃，尤其是大口径(~300mm以上)光学玻璃更应严格要求． 5.2高精度光学零件毛坯的复检 概述 这两项指标都使折射率发生改变。折射率是光学设计最基本、最重要的参数，使用折射率不均匀的玻璃制成的零件，必然影响成像质量，对高精度零件，必须严格保证。 加工高精度光学零件，对光学玻璃的应力双折射和光学均匀性两项指标要求较高。若使用了指标较低的材料，无论用如何先进的工艺和高超的加工技术，都无法达到高精度表面．白白浪费许多工时。 5.2高精度光学零件毛坯的复检 一.光学玻璃双折射值的测定 光学玻璃具有内应力时，表现出各向异性。光通过这样的光学玻璃时，产生双折射现象。光学玻璃内应力的大小可以用双折射现象而产生的o光和e光的光程差来衡量。 (一)光学玻璃双折射的质量指标 光学玻璃双折射的质量指标用光线通过每1cm厚的光学玻璃时，由双