光盘版前言

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1 光 盘 版 前 言 基 础 光 学 工 艺 1987 年 译 成 交 稿, 机 械 工 业 出 版 社 于 1988 年 发 稿 并 准 备 出 版, 但 因 征 订 数 太 少 而 停 止 出 版 最 近 德 清 微 光 元 件 有 限 公 司 的 同 仁 将 译 稿 输 入 光 盘, 使 我 国 同 行 可 以 读 到 这 本 工 艺 书 由 于 是 十 四 年 前 的 译 著, 受 翻 译 水 平 与 工 艺 水 平 的 限 制, 谬 误 之 处 在 所 难 免, 希 望 读 者 不 吝 赐 教, 以 便 随 时 订 正 对 于 德 清 微 光 元 件 有 限 公 司 同 仁 的 辛 勤 劳 动, 谨 表 衷 心 的 谢 意! 译 者 曹 天 宁 2001 年 6 月 30 日 II

2 目 录 第 一 篇 基 本 操 作 第 一 章 光 学 技 术 人 员 第 二 章 基 本 操 作 第 三 章 手 工 抛 光 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 第 五 章 玻 璃 均 匀 性 的 检 验 第 二 篇 棱 镜 和 透 镜 的 制 造 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 第 七 章 棱 镜 抛 光 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 第 九 章 用 标 准 角 度 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 第 十 章 菱 形 棱 镜 第 十 一 章 精 密 分 束 器 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 和 夹 层 窗 第 十 五 章 球 面 样 板 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 第 三 篇 望 远 镜 系 统 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 f/0.35 施 密 特 照 相 机 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 第 二 十 四 章 用 非 球 面 物 镜 的 平 面 干 涉 仪 第 四 篇 光 学 检 验 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 和 单 丝 检 验 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 附 录 2 小 尺 寸 平 行 平 板 的 制 造 附 录 3 用 沥 青 胶 粘 结 玻 璃 导 块 与 保 护 玻 璃 附 录 4 偏 转 棱 镜 的 干 涉 检 验 法 附 录 5 磨 料 对 照 表 附 录 6 样 板 条 纹 换 算 表 附 录 7 镀 银 液 的 剂 量 和 配 制 次 序 附 录 8 棱 镜 的 光 学 修 磨 附 录 9 光 胶 法 附 录 10 度 量 单 位 及 换 算 表 附 录 11 用 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 制 造 分 光 板 附 录 12 用 轴 承 钢 球 作 激 光 扩 束 光 源 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 的 磨 轮 的 角 度 调 整 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 附 录 15 用 路 灯 代 替 光 学 平 面 附 录 16 大 型 抛 物 面 的 修 磨 附 录 17 光 学 检 测 用 的 穆 翟 扫 描 干 涉 仪 附 录 18 用 穆 翟 干 涉 仪 检 验 光 学 材 料 试 样 的 均 匀 性 附 录 19 接 近 理 想 的 光 学 立 方 体 附 录 20 棱 镜 反 射 角 的 检 验 附 录 21 由 干 涉 图 判 读 波 面 和 表 面 的 斜 率 误 差 附 录 22 沥 青 抛 光 模 夹 具 和 模 具

3 教 程 基 础 光 学 工 艺 美 阿 瑟 S. 德 范 尼 著 曹 天 宁 译 ISBN /TH.311 本 书 介 绍 了 美 国 光 学 工 业 中 精 密 的 及 特 殊 的 光 学 零 件 的 制 造 技 术, 主 要 有 基 本 操 作 棱 镜 和 透 镜 的 制 造 望 远 系 统 与 光 学 检 测 等 几 个 部 分 书 末 的 二 十 二 个 附 录 还 列 出 了 大 量 的 光 学 工 艺 数 据 章 末 附 有 习 题 本 书 共 三 十 多 万 字 本 书 可 作 光 学 生 产 工 人 的 教 学 用 书, 大 专 院 校 有 关 师 生 及 光 学 工 艺 技 术 人 员 亦 可 参 考

4 ( 内 部 资 料 ) 美 阿 瑟 S. 德 范 尼 著 曹 天 宁 译 机 械 工 业 出 版 社

5 内 容 简 介 本 书 介 绍 了 美 国 光 学 工 业 中 精 密 的 及 特 殊 的 光 学 零 件 的 制 造 技 术, 主 要 有 基 本 操 作 棱 镜 和 透 镜 的 制 造 望 远 系 统 与 光 学 检 测 等 几 个 部 分 书 末 的 二 十 二 个 附 录 还 列 出 了 大 量 的 光 学 工 艺 数 据 及 图 表 每 章 末 均 有 练 习 题 与 参 考 文 献 本 书 宜 作 光 学 生 产 工 人 的 教 学 用 书, 也 可 以 作 为 大 专 院 校 光 学 仪 器 类 专 业 师 生 的 教 学 参 考 书, 光 学 工 艺 技 术 人 员 亦 可 参 考 Master Optical Techniques ARTHUR S. DEVANY John Wiley & Sons Inc. 1981

6 译 者 的 话 本 书 与 D. F. Horne 所 著 的 光 学 生 产 工 艺 (Optical Production Technology) (1983 年, 第 二 版 ) 相 比 较, 后 者 侧 重 介 绍 国 外 光 学 零 件 大 批 量 生 产 的 工 业 实 践, 而 本 书 侧 重 介 绍 国 外 精 密 及 特 殊 光 学 零 件 的 制 造 技 术 本 书 取 材 广 泛, 深 入 浅 出, 图 文 并 茂, 因 出 自 作 者 一 人 之 手, 所 以 内 容 连 贯, 正 文 与 附 录 前 后 呼 应, 互 相 补 充 每 章 末 均 有 练 习 题 与 参 考 文 献, 给 教 学 或 阅 读 带 来 很 大 方 便 在 叙 述 工 艺 细 节 时, 细 致 入 微, 不 吝 向 读 者 传 授 工 艺 技 艺 工 艺 诀 窍 与 经 过 实 践 锤 炼 而 得 来 的 工 艺 数 据 故 将 其 译 出, 以 供 光 学 工 人 有 关 师 生 及 技 术 人 员 参 考 光 学 零 件 制 造 技 术 与 光 学 检 测 所 涉 及 的 技 术 范 围 较 广, 技 术 术 语 目 前 仍 不 完 全 统 一, 我 国 与 国 外 的 工 艺 习 惯 又 不 尽 相 同, 给 翻 译 本 书 带 来 不 少 困 难 在 翻 译 过 程 中, 译 者 一 方 面 尊 重 原 来 的 技 术 含 义, 另 一 方 面 又 顾 及 到 了 我 国 光 学 工 艺 界 的 传 统 习 惯 除 第 三 篇 望 远 镜 系 统 由 周 淑 文 翻 译 外, 全 书 其 余 部 分 均 由 曹 天 宁 翻 译 董 太 和 教 授 审 校 了 全 部 译 文, 孔 庆 元 工 程 师 对 译 文 部 分 章 节 提 出 了 不 少 宝 贵 的 修 改 意 见, 在 此 一 并 表 示 衷 心 感 谢! 由 于 译 者 水 平 有 限, 译 文 中 必 然 有 不 少 错 误 和 不 妥 之 处, 敬 请 读 者 不 吝 指 教 译 者

7 序 言 本 书 适 用 于 从 事 基 础 光 学 工 艺 技 术 的 工 作 者, 如 大 学 生 教 师 和 从 事 实 践 的 光 学 工 艺 技 术 人 员 他 们 可 从 本 书 了 解 到 棱 镜 透 镜 和 非 球 面 光 学 零 件 等 制 造 过 程 中 的 各 种 光 学 技 术 及 操 作 工 艺 的 实 际 发 展 水 平, 本 书 为 光 学 制 造 者 介 绍 了 从 光 学 材 料 的 选 用 检 验 到 零 件 制 造 中 的 抛 光 检 验 的 每 一 步 应 该 采 用 的 方 法 书 中 采 用 了 较 多 的 插 图, 使 内 容 通 俗 易 懂 书 中 引 用 现 代 技 术 及 其 最 新 发 展, 循 序 渐 进 地 阐 明 了 各 种 所 讨 论 的 技 术 本 书 分 为 四 部 分 :I 基 本 操 作 ;II 棱 镜 和 透 镜 的 制 造 ;III 望 远 镜 系 统 ;IV 光 学 检 验 每 一 章 将 一 个 实 际 零 件 的 制 造 又 分 成 了 几 个 阶 段, 有 助 于 初 学 者 从 事 各 种 零 件 的 生 产, 并 从 中 对 各 种 零 件 制 造 中 产 生 的 一 些 问 题 找 到 答 案 第 I 部 分 叙 述 了 光 学 原 理 并 讨 论 了 一 般 的 工 艺 : 金 刚 石 锯 切 球 面 的 成 型 与 倒 边 手 工 抛 光 和 平 面 球 面 样 板 的 检 验 第 II 部 分 深 入 讨 论 了 直 角 棱 镜 道 威 棱 镜 五 角 棱 镜 转 向 屋 脊 棱 镜 和 几 类 其 它 棱 镜 系 统 此 外 还 介 绍 了 透 镜 玻 璃 样 板 和 晶 体 零 件 的 制 造 工 艺 第 III 部 分 叙 述 了 抛 物 面 反 射 镜 施 密 特 - 卡 塞 格 林 卡 塞 格 林 马 克 苏 多 夫 及 施 密 特 型 照 相 系 统 的 制 造 方 法 第 IV 部 分 叙 述 了 刀 口 检 验 技 术 和 单 丝 双 丝 的 检 验 方 法 在 形 成 切 变 干 涉 图 的 简 单 光 学 装 置 中 介 绍 了 激 光 光 源 光 学 检 测 系 统 中 采 用 这 种 光 源 所 获 得 的 罗 契 图 比 任 何 其 它 光 源 所 获 得 的 结 果 更 为 满 意 感 谢 许 多 人 对 我 写 作 本 书 所 提 供 的 帮 助 阿 瑟 S. 德 范 尼 著 美 加 里 福 尼 亚 州, 圣 刻 勒 米 特

8 目 录 第 一 篇 基 本 操 作 第 一 章 光 学 技 术 人 员 第 二 章 基 本 操 作 第 三 章 手 工 抛 光 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 第 五 章 玻 璃 均 匀 性 的 检 验 第 二 篇 棱 镜 和 透 镜 的 制 造 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 第 七 章 棱 镜 抛 光 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 第 九 章 用 标 准 角 度 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 第 十 章 菱 形 棱 镜 第 十 一 章 精 密 分 束 器 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 和 夹 层 窗 第 十 五 章 球 面 样 板 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 第 三 篇 望 远 镜 系 统 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜

9 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 f/0.35 施 密 特 照 相 机 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 第 二 十 四 章 用 非 球 面 物 镜 的 平 面 干 涉 仪 第 四 篇 光 学 检 验 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 和 单 丝 检 验 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 附 录 2 小 尺 寸 平 行 平 板 的 制 造 附 录 3 用 沥 青 胶 粘 结 玻 璃 导 块 与 保 护 玻 璃 附 录 4 偏 转 棱 镜 的 干 涉 检 验 法 附 录 5 磨 料 对 照 表 附 录 6 样 板 条 纹 换 算 表 附 录 7 镀 银 液 的 剂 量 和 配 制 次 序 附 录 8 棱 镜 的 光 学 修 磨 附 录 9 光 胶 法 附 录 10 度 量 单 位 及 换 算 表

10 附 录 11 用 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 制 造 分 光 板 附 录 12 用 轴 承 钢 球 作 激 光 扩 束 光 源 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 的 磨 轮 的 角 度 调 整 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 附 录 15 用 路 灯 代 替 光 学 平 面 附 录 16 大 型 抛 物 面 的 修 磨 附 录 17 光 学 检 测 用 的 穆 翟 扫 描 干 涉 仪 附 录 18 用 穆 翟 干 涉 仪 检 验 光 学 材 料 试 样 的 均 匀 性 附 录 19 接 近 理 想 的 光 学 立 方 体 附 录 20 棱 镜 反 射 角 的 检 验 附 录 21 由 干 涉 图 判 读 波 面 和 表 面 的 斜 率 误 差 附 录 22 沥 青 抛 光 模 夹 具 和 模 具

11 第 二 章 基 本 操 作 第 二 章 基 本 操 作 初 学 的 光 学 加 工 人 员 必 须 学 会 操 作 各 种 机 器, 包 括 球 面 铣 磨 机 磨 边 机 金 刚 石 切 割 机 带 锯 及 各 种 型 式 的 抛 光 机, 也 必 须 学 会 用 真 空 夹 头 或 沥 青 粘 结 模 及 石 膏 模 将 玻 璃 零 件 上 盘 工 作 时, 必 须 注 意 遵 守 安 全 规 则 只 有 建 立 恰 当 的 操 作 规 程, 才 能 保 证 操 作 安 全 1 金 刚 石 锯 切 第 一 种 基 本 的 机 床 就 是 金 刚 石 锯 床 尽 管 市 场 上 有 多 种 金 刚 石 锯 床, 但 其 操 作 都 是 类 似 的 在 光 学 车 间 里 最 普 遍 的 是 菲 尔 克 劳 (Felkner) 机 床 建 筑 工 人 也 采 用 它 来 切 割 水 泥 预 制 品 旋 转 的 金 刚 石 磨 轮 以 垂 直 位 置 安 装 在 主 轴 上, 两 只 橡 皮 管 在 被 切 割 的 玻 璃 上 喷 冷 却 液 通 常 锯 片 旋 转 时, 小 工 件 用 手 工 进 给, 而 大 工 件 则 需 要 液 压 进 给 金 刚 石 锯 切 瓷 砖 的 步 骤 如 下 : 第 一 步 : 安 装 锯 片, 使 之 伸 出 到 工 作 台 面 下 面 大 约 1mm 处, 用 水 封 螺 丝 把 锯 片 固 紧 在 支 架 上 ; 第 二 步 : 用 一 支 软 铅 笔 划 线, 标 出 切 割 部 位 ; 第 三 步 : 开 动 机 器, 冷 却 液 直 接 喷 入 移 动 工 作 台 的 锯 缝 中 ; 第 四 步 : 瓷 砖 靠 着 水 平 的 档 块, 移 动 工 作 台, 按 划 线 进 行 切 割 有 经 验 的 操 作 者 通 常 不 这 么 做, 而 是 用 双 手 将 瓷 砖 推 向 旋 转 的 锯 片 但 为 了 保 证 手 指 的 安 全, 应 将 移 动 工 作 台 固 紧 如 果 落 下 的 粉 料 是 紫 红 色 而 不 是 工 作 正 常 时 的 白 色, 则 表 示 在 材 料 上 施 加 的 第 1 页

12 第 二 章 基 本 操 作 压 力 太 大 常 规 金 刚 石 锯 片 的 安 装 如 图 2.1 所 示 图 2.1 带 有 冷 却 液 泵 的 夫 勒 克 尔 - 德 来 赛 (Flecker-Dreser) 金 刚 石 锯 片,80-BQ 型 切 割 机 及 机 座 当 锯 切 玻 璃 或 晶 体 时, 金 刚 石 磨 轮 或 钢 丝 可 能 堵 塞, 需 用 一 块 碳 化 硅 或 特 殊 的 白 色 石 块 除 去 堵 塞 物 1.1 切 割 厚 的 工 件 有 些 固 定 在 液 压 控 制 轴 上 的 金 刚 石 锯 片 可 以 切 割 安 置 在 可 移 动 工 作 台 上 的 厚 玻 璃 平 板 为 把 一 块 平 板 锯 成 几 块, 人 们 必 须 先 切 出 整 个 厚 度 的 一 半, 然 后 把 平 板 翻 过 来 再 切 割 另 一 半 有 两 个 约 束 条 件 限 制 了 玻 璃 的 切 割 尺 寸 锯 片 和 防 冷 却 液 的 档 片 直 径 以 及 使 锯 片 固 定 在 旋 转 轴 上 的 固 定 垫 圈 直 径 操 作 方 法 如 图 2.2 所 示 图 2.2 用 正 反 锯 口 锯 切 法 把 厚 玻 璃 平 板 切 割 成 两 块 的 一 种 改 进 方 法 第 2 页

13 第 二 章 基 本 操 作 1.2 圆 片 的 切 割 经 常 需 要 把 一 块 大 直 径 的 玻 璃 圆 柱 体 切 割 成 薄 的 圆 玻 璃 片 操 作 者 需 要 采 取 一 些 临 时 性 的 凑 合 办 法 先 将 定 位 圆 柱 体 用 的 V 型 金 属 档 块 固 定 在 工 作 台 上, 再 将 一 只 90 的 金 属 直 立 挡 板 也 固 定 在 工 作 台 上, 使 之 当 用 手 旋 转 玻 璃 圆 柱 体 时 有 固 定 的 位 置 锯 切 的 操 作 如 图 2.3 所 示 操 作 时 锯 片 切 入 玻 璃 圆 柱 体 内, 切 割 到 固 定 垫 圈 尺 寸, 即 1/8in 然 后 转 动 玻 璃 圆 柱 体, 一 直 切 到 在 中 心 只 剩 下 一 个 小 圆 芯 为 止 如 果 圆 芯 直 径 大, 则 不 应 掰 开 圆 切 片, 而 可 以 用 一 只 细 齿 手 锯 和 80 号 碳 化 硅 金 刚 砂 将 圆 芯 锯 去 这 种 方 法 虽 慢 但 却 有 效 在 玻 璃 圆 柱 体 的 直 立 挡 板 间 放 入 一 块 方 形 木 块, 就 可 以 切 割 另 一 块 圆 片 图 2.3 将 一 块 大 玻 璃 圆 柱 体 切 割 成 玻 璃 圆 盘 1.3 棱 镜 的 锯 切 将 粗 抛 光 过 的 平 行 平 板 切 成 各 种 大 小 的 棱 镜 时, 必 须 先 胶 合 两 块 保 护 玻 璃 以 保 护 其 粗 抛 光 过 的 表 面 胶 合 时 工 件 在 电 炉 上 加 热 到 100, 并 在 每 个 表 面 涂 上 沥 第 3 页

14 第 二 章 基 本 操 作 青 胶 抛 光 表 面 与 保 护 用 的 窗 玻 璃 间 应 衬 以 透 镜 纸 或 薄 棉 纸 从 玻 璃 块 上 切 下 的 棱 镜 的 尺 寸 最 好 用 一 种 宽 的 绝 缘 胶 带 纸 标 出 为 便 于 锯 切 排 样, 可 用 厚 纸 板 或 薄 塑 料 板 做 棱 镜 模 型 锯 切 和 铣 削 出 来 的 棱 镜 表 面 要 尽 量 使 用, 因 为 劳 动 力 比 玻 璃 的 价 格 更 昂 贵 1.4 分 束 器 首 先 锯 切 成 矩 形 玻 璃 块, 然 后 从 平 行 平 板 上 切 出 反 射 棱 镜 和 分 束 器 用 双 面 胶 带 纸 将 玻 璃 块 粘 贴 在 V 型 块 上, 对 准 玻 璃 上 的 狭 长 表 面 进 行 难 度 较 大 的 对 角 切 割, 如 图 2.4 所 示 V 型 夹 具 固 定 在 锯 料 机 的 活 动 工 作 台 上 玻 璃 块 的 棱 角 首 先 用 手 磨 出 0.1in 的 倒 边, 以 此 作 为 切 割 的 对 准 线 和 开 始 切 入 区 但 是 必 须 在 切 割 前 作 一 些 检 验, 棱 角 及 其 倒 边 应 与 磨 轮 片 静 止 位 置 保 持 对 准 如 果 对 准 不 精 确, 则 必 须 移 动 工 件 到 正 确 的 位 置 后 再 牢 牢 紧 固 沿 着 夹 具 里 的 铣 切 切 口 走 动 的 锯 片, 切 不 可 切 入 金 属 夹 具 当 锯 片 全 部 锯 出 时, 操 作 必 须 谨 慎, 注 意 玻 璃 不 能 裂 开 或 跌 落 到 金 属 工 作 台 上 为 了 防 止 碰 破 玻 璃, 可 在 夹 具 近 旁 处 放 一 块 厚 的 波 纹 橡 皮 垫 用 木 头 尖 臂 或 塑 料 尖 臂 很 容 易 将 棱 镜 从 胶 带 上 撬 开 而 脱 开 夹 具 想 要 安 装 一 块 新 的 棱 镜 和 调 换 新 的 双 面 胶 带 以 前, 必 须 擦 净 夹 具 在 夹 具 的 每 一 面 只 需 用 一 小 条 胶 带, 若 胶 带 太 多 反 而 会 使 棱 镜 难 以 取 下 棱 镜 上 的 所 有 锐 角 均 要 倒 边 2 带 锯 或 线 锯 玻 璃 或 晶 体 切 片 时 常 采 用 带 锯 光 学 上 采 用 的 带 锯 类 似 于 木 工 或 金 工 车 间 的 常 规 带 锯 在 制 成 一 块 椭 圆 形 光 学 平 板 ( 见 图 2.5) 以 前, 普 通 带 锯 的 操 作 是 先 除 去 一 块 大 的 玻 璃 圆 盘 外 圆 的 多 余 部 分 该 方 法 需 要 挠 性 的 含 油 的 金 属 锯 片 大 而 重 的 玻 璃 圆 盘 要 放 在 装 有 多 个 小 轴 承 钢 球 的 台 板 上 并 作 运 动, 钢 球 压 入 台 板 胶 合 第 4 页

15 第 二 章 基 本 操 作 图 2.4 用 双 面 胶 带 纸 或 树 脂 胶 把 一 块 柱 形 块 粘 贴 在 夹 具 上 切 割 成 两 只 反 射 棱 镜 板 的 支 座 里 在 宽 的 绝 缘 胶 带 上 画 好 要 切 割 的 椭 圆, 在 转 动 的 锯 片 与 玻 璃 间 注 入 冷 却 液, 以 防 止 应 变 对 圆 盘 及 其 圆 周 进 行 喷 砂 或 细 磨 ( 见 图 2.6) 可 以 使 应 变 消 失 用 钻 床 马 达 带 动 一 个 挠 性 圆 磨 盘, 对 圆 盘 的 外 圆 进 行 细 磨 用 线 锯 方 法 切 割 大 而 重 的 玻 璃 块 是 不 切 实 际 的, 因 为 这 种 切 割 需 要 压 力 在 许 多 车 间 里 用 线 锯 或 浸 油 的 弦 锯 切 割 制 作 红 外 (IR) 器 件 用 的 晶 体 零 件 镶 嵌 金 刚 石 的 线 锯 用 于 切 割 硬 晶 体, 而 浸 油 的 弦 锯 用 于 切 割 软 晶 体, 例 如 钠 碘 化 合 物 为 防 止 被 切 割 的 晶 体 分 解, 必 须 仔 细 地 选 择 冷 却 液 线 锯 如 图 2.7 所 示 3 球 面 铣 磨 成 型 在 玻 璃 零 件 上 铣 磨 成 型 球 面 是 一 项 常 规 的 操 作 标 准 的 球 面 铣 磨 机 ( 通 常 称 为 研 磨 机 ) 如 图 2.8 所 示 如 斯 德 雷 斯 巴 (Strasbaugh)7-M 型 可 以 加 工 直 径 达 24in 的 玻 璃 毛 坯 并 可 铣 磨 成 凹 面 凸 面 或 平 面, 也 可 以 倒 角 磨 边 及 钻 孔 玻 璃 圆 盘 第 5 页

16 第 二 章 基 本 操 作 图 2.5 将 一 块 大 的 派 勒 克 斯 (Pyrex) 玻 璃 圆 盘 用 带 锯 锯 成 一 块 椭 圆 形 平 面 块 (42 30cm) 在 制 造 椭 圆 时, 先 加 工 成 圆 盘 形 状 图 2.6 用 碳 化 硅 圆 盘 研 磨 模 研 磨 锯 成 椭 圆 的 圆 周, 椭 圆 的 内 倒 边 第 6 页

17 第 二 章 基 本 操 作 用 一 只 挠 性 研 磨 盘 进 行 细 磨, 并 在 研 磨 盘 上 贴 一 张 碳 化 硅 砂 皮 图 2.7 激 光 技 术 公 司 (North Hollywood,CA.) 制 造 的 2006 线 锯 切 割 机 床, 用 运 动 的 金 刚 石 细 线 切 割 晶 体 时 必 须 仔 细 地 选 择 冷 却 液 用 一 只 带 有 可 压 缩 的 O 型 圈 的 真 空 夹 头 装 夹 操 作 方 法 如 图 2.9 所 示 选 择 的 金 刚 石 磨 轮 的 直 径 应 大 于 铣 磨 零 件 直 径 的 一 半 半 径 稍 有 变 化 时, 可 调 整 倾 斜 角 来 进 行 校 正, 并 用 球 径 仪 检 查 铣 磨 出 的 曲 率 半 径 第 7 页

18 第 二 章 基 本 操 作 图 2.8 斯 德 雷 斯 巴 7-M 型 球 面 铣 磨 机 加 工 工 件 直 径 达 24in, 玻 璃 厚 度 为 7in 3.1 球 径 仪 球 径 仪 用 于 测 量 铣 磨 球 面 与 给 定 球 面 间 的 偏 离 程 度 由 三 个 球 组 成 的 球 形 测 环, 支 承 着 玻 璃 工 件, 工 件 表 面 曲 率 半 径 为 : r=(r 2 /2h)+(h/2)±a (2-1) 第 8 页

19 第 二 章 基 本 操 作 图 2.9 用 斯 德 雷 斯 巴 7-M 型 铣 磨 机 可 以 完 成 的 各 种 工 作, 钻 中 心 孔 需 要 特 殊 的 真 空 吸 盘 式 中 h 是 矢 高 ;a 是 小 球 半 径 ;R 是 测 杆 中 心 到 支 承 小 球 中 心 的 距 离 凹 面 工 件 a 取 负 号, 凸 面 工 件 a 取 正 号 球 径 仪 可 以 选 用 3/ 和 3in 等 不 同 直 径 的 测 环 ( 见 图 2.10) 许 多 光 学 车 间 采 用 环 式 球 径 仪 取 代 球 形 球 径 仪 3.2 斯 德 雷 斯 巴 铣 磨 机 的 操 作 方 法 我 们 介 绍 一 下 铣 磨 凹 球 面 的 步 骤 第 一 步 必 须 确 定 玻 璃 圆 坯 的 表 面 是 否 平 整 因 为 起 伏 不 平 的 表 面 使 真 空 吸 盘 难 以 吸 住 工 件 如 果 存 在 这 种 表 面, 则 必 须 在 带 第 9 页

20 第 二 章 基 本 操 作 图 AS 型 斯 德 雷 斯 巴 数 字 式 球 径 仪 测 量 铣 磨 球 面 的 矢 高, 精 度 达 0.001mm 旋 转 铁 平 模 的 单 轴 机 上 进 行 粗 磨, 以 先 除 去 表 面 的 起 伏 不 平 圆 盘 还 应 该 是 好 磨 的, 否 则 必 须 在 磨 圆 机 或 铣 磨 机 上 磨 边 主 轴 转 速 为 10r/min 为 了 检 查 偏 心, 在 安 装 百 分 表 以 前 应 使 玻 璃 毛 坯 先 行 运 转 如 果 偏 心 太 大, 则 圆 坯 必 须 移 动 一 半 偏 心 量, 然 后 用 百 分 表 检 查 偏 心 注 意 总 偏 心 量 应 除 以 2, 用 读 数 值 的 一 半 来 校 正 圆 坯 的 偏 心 为 了 达 到 零 读 数, 可 能 需 要 调 整 几 次, 并 用 铅 笔 画 几 个 同 心 圆, 以 找 出 圆 坯 的 中 心 现 在, 根 据 计 算 值 调 整 铣 磨 机 金 刚 石 磨 轮 主 轴 的 倾 斜 角 升 高 工 件 主 轴 ( 静 止 时 ), 侧 向 移 动 铣 磨 机 磨 轮, 使 磨 轮 边 缘 对 准 玻 璃 圆 坯 上 铅 笔 所 作 的 中 心 点 记 号, 使 其 误 差 在 1/8in 以 内 开 动 冷 却 液 泵, 把 冷 却 液 直 接 喷 洒 在 圆 坯 中 心 启 动 工 件 主 轴, 将 圆 坯 的 O 环 开 关 转 向 ON 启 动 铣 磨 机 磨 轮, 用 手 进 给 一 直 到 切 入 玻 璃 毛 坯 的 深 度 为 1mm 降 低 圆 坯, 目 测 工 件 中 心 区 域 是 否 存 在 小 凸 包 若 玻 璃 凸 包 较 明 显, 则 移 动 磨 轮, 使 之 磨 入 凸 包 区 域 启 动 装 有 玻 璃 圆 坯 的 工 件 轴, 打 第 10 页

21 第 二 章 基 本 操 作 开 冷 却 液, 并 升 高 圆 坯, 使 旋 转 磨 轮 进 行 磨 削 打 开 自 动 进 给 开 关, 使 主 轴 慢 慢 地 向 上 进 给, 切 入 圆 坯 当 球 面 铣 磨 到 大 于 一 半 直 径 时, 下 降 圆 坯 工 件, 关 闭 全 部 机 床 开 关, 然 后 用 球 径 仪 见 长 凹 面 曲 率 半 径 如 果 曲 率 半 径 不 正 确, 则 必 须 改 变 磨 轮 的 倾 斜 角 ; 若 曲 率 半 径 太 小, 就 减 小 磨 轮 的 倾 斜 角 ; 反 之 就 增 大 磨 轮 的 倾 斜 角 如 果 曲 率 半 径 误 差 的 测 量 值 在 0.02in 以 内, 则 不 需 要 改 变 磨 轮 倾 斜 角, 因 为 下 一 道 工 序 ( 即 研 磨 时 ), 可 以 修 正 曲 率 半 径 铣 磨 凸 球 面 的 全 部 步 骤 与 铣 磨 凹 球 面 的 步 骤 类 似 主 要 的 差 别 只 是 采 用 磨 轮 的 内 边 缘, 角 度 以 相 反 方 向 倾 斜 因 为 精 确 对 准 磨 轮 的 边 缘 位 置 教 困 难, 所 在 铣 磨 球 面 的 中 心 经 常 出 现 凸 包 凸 包 一 旦 出 现, 则 铣 磨 零 件 总 是 向 磨 轮 内 边 缘 移 动 平 面 铣 磨 类 似 于 球 面 曲 率 半 径 铣 磨 成 形 ( 平 面 具 有 无 穷 大 的 曲 率 半 径 ), 磨 轮 的 倾 斜 角 为 零 所 有 铣 出 的 平 面 应 略 带 凹 面 是 一 个 成 功 的 经 验 整 个 面 的 凹 下 矢 高 值 约 为 0.002in, 因 为 在 细 磨 整 个 表 面 时, 为 了 除 去 边 缘 的 砂 眼, 往 往 易 于 细 磨 成 凸 表 面 4 磨 边 玻 璃 磨 边 可 以 用 两 种 方 法 第 一 种 方 法 采 用 调 成 5 ~10 倾 角 是 用 来 细 磨 凸 球 面 的 倾 斜 的 磨 轮 有 利 于 向 下 切 入 玻 璃 毛 坯, 从 而 磨 出 外 圆 为 防 止 破 边, 先 将 毛 坯 外 圆 磨 出 一 个 0.25in 的 台 阶, 用 百 分 表 测 量 这 个 尺 寸 百 分 表 磁 性 座 固 定 在 接 近 磨 轮 的 横 向 拖 板 上 然 后, 将 磨 轮 移 开 玻 璃 毛 坯, 上 升 工 件 主 轴, 移 动 横 向 拖 板, 使 倾 斜 的 磨 轮 达 到 百 分 表 指 示 的 预 定 位 置, 以 相 反 方 向 磨 去 毛 坯 边 缘 剩 下 的 0.25in( 见 图 2.9) 第 11 页

22 第 二 章 基 本 操 作 第 二 种 方 法 需 要 一 只 类 似 于 外 圆 柱 面 研 磨 机 上 使 用 的 常 规 金 刚 石 磨 轮 当 磨 轮 移 动 ( 进 给 ) 时, 装 着 玻 璃 坯 的 主 轴 就 上 升 和 下 降 在 此 磨 轮 始 终 与 玻 璃 表 面 保 持 部 分 接 触 是 非 常 重 要 的, 否 则 将 会 产 生 破 边 用 碗 状 金 刚 石 磨 轮 或 常 规 金 刚 石 外 圆 磨 轮 倒 边 时, 应 调 整 磨 轮 到 要 求 的 倒 边 倾 角, 其 倾 角 一 般 为 45 5 钻 孔 钻 孔 用 中 心 钻 当 中 心 钻 旋 转 时 就 穿 入 玻 璃 玻 璃 平 板 必 须 仔 细 地 对 好 中 心 为 防 止 中 心 钻 穿 通 零 件 孔 时 损 坏 真 空 夹 具, 可 在 玻 璃 毛 坯 背 面 用 沥 青 胶 一 块 玻 璃 制 作 一 只 具 有 钻 模 的 特 殊 夹 具, 可 使 中 心 钻 自 由 地 进 刀 到 夹 具 里 ( 见 图 2.9) 用 马 克 苏 多 夫 (Maksutor) 扇 形 校 正 透 镜 能 很 好 地 说 明 铣 磨 磨 边 和 锯 切 的 组 合 操 作 过 程, 如 图 2.11 所 示 注 意 其 中 陡 峭 的 深 曲 率 半 径 的 凹 面 和 凸 面 要 倒 三 面 角 和 外 圆 图 2.11 用 斯 德 雷 斯 巴 铣 磨 机 铣 磨 的 马 克 苏 多 夫 校 正 棱 镜 的 扇 形 曲 面 ( 注 意 两 个 具 有 深 曲 率 半 径 表 面 的 倒 角 和 磨 边 ) 6 铣 磨 棱 镜 的 角 度 平 面 通 常, 铣 磨 棱 镜 角 度 平 面 的 铣 磨 机 用 劳 (LOH) 厂 生 产 的 G-6 机 床 ( 见 图 2.12) 它 有 两 只 金 刚 石 碗 形 磨 轮, 磨 轮 一 次 安 装 可 以 铣 磨 出 两 个 角 度 平 面 将 小 的 镀 铝 第 12 页

23 第 二 章 基 本 操 作 平 行 平 板 粘 到 棱 镜 角 度, 从 而 增 加 机 床 的 通 用 性 当 然, 棱 镜 角 度 面 的 标 准 角 必 须 正 确 地 调 整 到 预 定 值 这 种 机 床 通 常 适 用 于 0.75in 大 小 的 的 棱 镜 或 更 大 的 表 面 比 此 小 的 棱 镜 用 另 外 型 号 的 铣 磨 机 铣 磨 这 将 在 下 面 讨 论 图 2.12 同 时 铣 磨 直 角 棱 镜 两 个 直 角 面 的 劳 厂 万 能 研 磨 机 大 多 数 棱 镜 大 批 量 生 产 时, 可 用 多 种 方 法 铣 磨 棱 镜 的 角 度 面 不 少 光 学 公 司 采 用 表 面 粗 糙 的 棱 镜 模 压 毛 坯 第 一 步 用 粘 结 胶 将 棱 镜 胶 合 到 铸 铁 平 行 平 板 上, 铣 磨 棱 镜 的 两 面 角 和 两 个 平 面 用 这 种 方 法 一 次 可 以 加 工 出 20 只 或 更 多 只 棱 镜, 这 主 要 取 决 于 棱 镜 的 底 面 尺 寸 在 铣 磨 每 个 角 度 平 面 以 前, 把 棱 镜 固 定 在 铸 铁 角 度 模 具 上, 可 以 铣 磨 出 组 合 的 反 射 玻 璃 角 ( 也 可 以 参 阅 图 13.6) 第 13 页

24 第 二 章 基 本 操 作 另 一 种 方 法 就 是 布 朗 查 德 (Blanchard) 铣 磨 表 面 的 方 法 这 种 方 法 采 用 各 种 角 块 夹 具 铣 出 各 种 玻 璃 角 度 通 常 设 计 角 度 夹 具 时 总 是 将 棱 镜 的 参 考 角 胶 合 在 铸 铁 夹 具 上 用 布 朗 查 德 铣 磨 机 一 次 可 以 铣 磨 出 许 多 棱 镜 这 种 机 床 用 磁 性 吸 盘 吸 住 棱 镜, 铸 铁 金 属 夹 具 必 须 达 到 严 格 的 角 度 公 差 如 果 非 常 仔 细 地 将 棱 镜 胶 到 夹 具 上, 则 反 射 玻 璃 角 的 尖 塔 差 可 达 分 级 最 好 将 所 有 表 面 做 成 稍 凹 的 面 形, 这 是 因 为 在 细 磨 和 抛 光 ( 棱 镜 石 膏 上 盘 ) 时, 可 以 防 止 棱 镜 走 动 加 工 0.5in 或 更 小 尺 寸 的 棱 镜 表 面 时, 采 用 特 殊 的 夹 具 很 容 易 进 行 控 制 在 这 种 夹 具 上 测 量 轴 一 端 为 自 准 直 仪, 另 一 端 为 镀 铝 的 8 面 体 ( 见 图 2.13) 作 为 一 种 辅 助 表 面 加 工 的 角 度 测 量 装 置 的 分 度 头 也 装 在 夹 具 上 这 种 夹 具 还 可 装 在 劳 厂 的 铣 磨 机 上 ( 见 图 2.14a 和 b) 图 2.13 可 以 与 图 2.14a 和 b 所 示 机 器 连 接 的 一 种 特 殊 准 直 夹 具, 这 种 夹 具 是 劳 厂 铣 磨 机 的 附 件 第 14 页

25 第 二 章 基 本 操 作 图 2.14 用 于 劳 厂 万 能 铣 磨 机 ( 图 2.12) 的 两 只 劳 厂 附 件 ( 用 来 铣 磨 棱 镜 和 光 学 零 件 的 角 度 平 面 ) 这 种 特 殊 夹 具 需 仔 细 安 装, 主 要 应 使 夹 具 的 定 位 面 与 八 面 体 的 自 准 直 反 射 平 面 保 持 平 行, 其 平 行 度 用 带 精 密 千 分 表 的 高 度 游 标 卡 尺 来 测 量 因 小 棱 镜 的 定 位 面 也 小, 故 定 位 夹 具 必 须 精 确 制 造 ( 图 2.15) 第 15 页

26 第 二 章 基 本 操 作 图 2.15 阿 米 西 (Amici) 棱 镜 及 其 类 似 棱 镜 要 求 精 密 的 玻 璃 反 射 角 及 小 平 面 ( 制 造 这 类 棱 镜 表 面 需 要 如 图 2.13 所 示 的 特 殊 夹 具 ) 7 用 小 磨 轮 铣 磨 大 球 面 小 型 光 学 车 间 一 般 很 少 有 大 于 6in 的 金 刚 石 磨 轮, 在 只 有 一 种 工 作 位 置 的 情 况 下 不 可 能 用 小 的 磨 轮 铣 磨 出 大 直 径 的 工 件 如 图 2.16 所 示, 若 将 磨 轮 改 变 一 个 新 的 角 度 并 使 之 重 叠 一 段 距 离, 再 次 将 磨 轮 倾 斜 一 个 新 的 角 度 的 分 步 铣 磨 方 法, 就 可 以 铣 磨 出 尺 寸 大 的 工 件 分 步 铣 磨 方 法 的 几 何 关 系 如 图 2.16 所 示 它 涉 及 两 个 基 本 公 式 : 小 磨 轮 的 第 一 倾 角 的 计 算 式 为 : SinA 1 =d/2r (2-2) 式 中 A 1 为 金 刚 石 磨 轮 的 第 一 倾 角 ;d 为 磨 轮 边 缘 直 径 ;( 铣 磨 凹 面, 取 磨 轮 外 边 缘 ; 铣 磨 凸 面, 取 磨 轮 内 边 缘 );R 为 曲 率 半 径 第 16 页

27 第 二 章 基 本 操 作 图 2.16 为 加 工 直 径 工 件, 铣 磨 机 所 需 大 磨 轮 与 直 径 较 小 磨 轮 间 的 几 何 关 系 θ 1 角 为 第 一 倾 角,θ 2 为 第 二 倾 角,R 为 曲 率 半 径, r 为 毛 坯 的 半 直 径,d 为 磨 轮 直 径,a 为 l 1 与 l 2 间 的 距 离 分 步 铣 磨 方 法 中 同 一 只 金 刚 石 磨 轮 的 第 二 个 新 的 倾 角 公 式 是 : SinA 2 = (R 2 /a 2-1) 1/2 +(4R 2 /d 2-1) 1/2 (ad/2r 2 ) (2-3) 式 中 A 2 为 磨 轮 新 倾 角 ;a 为 磨 轮 两 个 位 置 的 重 叠 距 离,R 为 磨 轮 边 缘 直 径 用 分 步 法 铣 磨 直 径 大 的 反 射 镜 或 透 镜 凹 球 面 时, 磨 轮 按 第 一 个 公 式 确 定 倾 角, 玻 璃 毛 坯 铣 出 凹 面 的 矢 高 为 h=r-(r 2 -Y 2 ) 1/2 (2-4) 式 中 h 为 矢 高,R 为 要 求 的 曲 率 半 径,Y 为 玻 璃 毛 坯 铣 出 凹 坑 的 半 径 当 中 心 区 铣 到 整 个 计 算 深 度 以 后, 就 可 以 测 量 这 个 尺 寸 ( 见 图 2.16) 这 个 尺 寸 是 玻 璃 凹 坑 直 径 的 二 分 之 一 改 变 的 倾 角 不 应 使 磨 轮 的 重 叠 量 增 大, 从 而 增 大 磨 轮 的 直 径, 因 为 去 除 的 玻 璃 量 是 按 磨 轮 的 直 径 的 平 方 比 增 大 的 按 SinA2 公 式, 用 重 叠 量 a 计 算 新 的 倾 角 提 示 : 新 的 倾 角 减 去 先 前 的 倾 角 SinA1, 总 比 第 一 次 计 算 的 倾 角 稍 大 些 金 刚 石 磨 轮 垂 直 地 进 刀 到 玻 璃 内, 直 到 磨 轮 到 达 被 加 工 表 面 为 止 最 好 先 制 作 一 块 预 定 曲 率 半 径 的 塑 料 样 板 来 检 查 铣 磨 表 面 8 定 中 心 和 磨 边 玻 璃 零 件 的 定 中 心 和 磨 边 可 在 圆 柱 形 磨 边 机 上 进 行 ( 见 图 2 17) 玻 璃 毛 坯 的 磨 边 应 先 用 沥 青 胶 把 工 件 胶 到 车 削 好 的 黄 铜 夹 头 上, 然 后 用 螺 旋 固 定 到 可 旋 转 的 亦 第 17 页

28 第 二 章 基 本 操 作 可 从 机 床 上 卸 下 的 套 筒 上 ( 有 许 多 套 筒 可 供 选 用 ) 当 一 块 玻 璃 工 件 磨 边 时, 另 一 块 件 可 以 在 辅 助 工 作 台 的 夹 头 上 胶 结 定 中 心 ( 见 图 2.18) 沥 青 胶 接 重 量 配 方 : 三 份 蜂 蜡 三 份 无 色 透 明 松 香, 二 份 地 蜡 ( 巴 西 可 以 代 替 地 蜡 ) 图 2.17 带 有 可 更 换 套 筒 夹 头 的 斯 德 雷 斯 巴 H-6 型 磨 边 机, 如 果 夹 具 直 径 取 工 件 直 径 的 1/10 则 玻 璃 毛 坯 可 以 磨 到 16in 第 18 页

29 第 二 章 基 本 操 作 磨 边 玻 璃 工 件 必 须 用 手 慢 慢 地 进 刀 直 到 工 件 正 好 接 触 金 刚 石 磨 轮 的 外 径 为 方 止, 同 时 必 须 检 查 磨 轮 同 心 度, 决 不 允 许 磨 轮 在 任 何 一 端 超 出 玻 璃 工 件 正 确 的 操 作 方 法 是 使 磨 轮 的 一 半 宽 度 留 在 玻 璃 毛 坯 上 而 不 出 头 图 2.18 当 透 镜 在 可 靠 的 水 平 位 置 定 中 心 时, 可 在 套 筒 夹 头 上 装 一 只 精 密 的 千 分 表 冷 却 液 直 接 喷 向 玻 璃 块 与 旋 转 磨 轮 间, 把 分 厘 卡 调 到 要 求 的 直 径 公 差 内, 启 动 自 动 进 刀 用 一 支 软 铅 笔 在 工 件 圆 周 上 作 出 记 号, 以 表 明 磨 边 情 况, 多 次 测 量 第 19 页

30 第 二 章 基 本 操 作 圆 盘 工 具 的 直 径 两 次 读 数 之 差 值 就 是 磨 边 时 已 去 除 的 数 值 定 中 心 是 完 工 的 玻 璃 或 晶 体 零 件 在 磨 边 时 所 需 要 的 一 道 工 序 其 目 的 是 使 每 一 个 球 面 的 曲 率 中 心 同 轴, 而 且 定 心 应 开 始 以 前, 必 须 真 正 地 使 黄 铜 夹 头 的 圆 周 边 缘 与 转 轴 同 心 当 黄 铜 夹 头 装 在 铣 磨 机 工 作 台 的 套 筒 上 时, 需 要 进 行 检 查 ( 见 图 2.18) 如 果 有 大 批 零 件 要 定 心 磨 边, 则 应 备 有 4 只 或 辅 助 或 更 多 只 的 黄 铜 夹 头 一 般 情 况 下, 车 削 和 修 整 黄 铜 夹 头 是 机 械 加 工 车 间 的 工 作, 但 有 时 这 项 工 作 亦 须 由 光 学 技 术 来 完 成 如 果 光 学 车 间 里 有 小 型 车 床, 则 黄 铜 夹 装 在 套 筒 里 就 可 以 自 行 车 修 另 一 种 方 法 是 采 用 劳 厂 WG 铣 磨 机 ( 见 图 2.19a 和 b) 定 心 的 另 一 种 方 是 修 整 在 套 筒 里 的 磨 边 夹 头 夹 头 的 边 缘 朝 旋 转 的 金 刚 石 磨 轮 移 动 约 0.1in 进 行 修 整 然 后 旋 转 钢 夹 头, 用 细 锉 刀 和 刮 刀 修 去 小 台 阶 和 纹, 最 后 用 600 号 碳 化 硅 砂 一 下 外 圆, 再 用 克 罗 塞 斯 (Cocells) 布 及 软 木 条 楷 擦, 使 之 光 滑 操 作 时, 主 轴 以 最 高 速 率 旋 转 由 于 金 刚 石 磨 轮 的 外 边 缘 需 用 碳 化 硅 磨 块 作 修 整, 所 以 不 会 因 单 边 负 荷 而 导 致 损 坏 光 学 零 件 可 以 用 几 种 方 法 定 心 最 常 用 的 方 法 是 将 小 的 透 镜 零 件 放 在 平 板 上 加 热, 并 用 白 毛 巾 纸 垫 着, 以 防 止 抛 光 零 件 擦 伤 或 过 热 ( 如 果 纸 烧 焦, 表 示 温 度 太 高 ) 下 一 步 是 将 铜 装 于 手 柄 螺 旋 上, 再 在 本 生 灯 的 火 苗 中 加 热, 夹 头 的 四 周 和 内 端 面 慢 慢 地 涂 上 软 沥 沥 青 胶 的 配 方 见 P 留 孔 稿 53 页 ), 粘 上 放 在 毛 巾 上 透 镜 元 件, 并 用 深 度 游 标 卡 测 量 透 镜 和 夹 头 的 相 对 位 置, 以 校 正 中 心 将 铜 夹 头 装 在 机 床 的 套 筒 里, 再 在 本 生 灯 火 苗 中 缓 缓 加 热, 使 铜 夹 头 四 周 的 沥 青 胶 溶 化 到 透 镜 的 表 面 上 有 时 还 需 在 夹 具 和 透 镜 间 滴 入 一 些 沥 青 胶 第 20 页

31 第 二 章 基 本 操 作 图 2.19 劳 厂 手 磨 机 上 的 吸 盘 式 夹 头 (a.b 两 图 分 别 表 示 磨 削 夹 头 的 外 边 和 内 边 的 装 置 ) 第 21 页

32 第 二 章 基 本 操 作 透 镜 夹 头 装 在 套 筒 里 后, 最 后 还 要 定 中 心 为 此 可 在 离 透 镜 约 9in 处 放 一 小 光 源, 较 里 面 的 反 射 象 和 外 面 的 反 射 象, 如 果 两 个 象 重 叠 而 且 不 动, 表 示 透 镜 已 定 心 再 把 透 镜 磨 边 到 给 定 的 直 径 通 常, 象 总 是 晃 动 的, 则 透 镜 必 须 在 夹 头 上 移 动 当 透 镜 以 5rmin 旋 转 时, 缓 缓 地 加 热 黄 铜 夹 头, 切 不 要 过 热, 否 则 透 镜 可 能 掉 落 在 机 床 的 金 属 板 者 宜 在 粘 上 透 镜 的 夹 头 下 面 放 一 块 波 纹 状 的 橡 皮 垫 ) 在 稳 定 的 支 架 ( 文 误 为 钢 夹 头 - 译 者 注 ) 上 放 一 块 小 木 条, 渐 渐 地 用 木 条 移 动 透 镜, 直 到 两 个 反 射 象 慢 慢 地 重 合 在 一 起 为 止 另 一 种 更 严 格 的 定 心 方 法 是 透 镜 需 用 辅 助 装 置 才 能 装 夹 到 可 拆 卸 的 套 筒 上 ( 见 图 2.2 ) 用 这 种 装 置 夹 的 透 镜 处 于 水 平 位 置, 并 在 透 镜 边 缘 用 一 只 读 数 为 百 分 之 一 的 百 分 表 测 量 中 心 偏 差 首 先 把 透 镜 固 定 在 铜 夹 头 上, 然 后 仔 细 地 旋 到 可 拆 卸 的 套 筒 上, 稍 微 加 热 夹 头, 侧 向 移 动 透 镜, 直 到 百 分 表 上 得 到 零 读 数 为 止, 操 作 者 必 须 经 常 移 动 透 镜, 透 镜 移 动 量 为 百 分 表 总 读 差 值 的 一 半 图 2.20 一 种 大 物 镜 定 中 心 的 特 殊 装 置, 并 可 同 时 检 查 中 心 偏 差 ( 显 然 图 2.18 r 所 示 装 置 也 可 以 采 用 ) 第 22 页

33 第 二 章 基 本 操 作 另 一 种 带 有 辅 助 装 置 的 方 法 也 经 常 用 于 透 镜 定 中 心 光 线 从 具 有 可 调 光 栏 的 显 微 镜 灯 反 射 后, 经 过 套 筒 上 的 光 孔 投 射 出 来, 用 一 台 低 放 大 倍 率 的 望 远 镜 观 察 该 投 影 象 若 投 影 象 在 目 镜 视 场 中 旋 转, 则 侧 向 移 动 透 镜, 直 到 十 字 丝 分 划 板 上 的 投 影 象 不 动 为 止 这 种 方 法 适 宜 于 直 径 小 于 8in 以 内 的 透 镜 定 中 心 铜 夹 头 的 尺 寸 约 为 透 镜 直 径 的 7/10 还 有 一 种 定 心 方 法 是 用 一 种 筒 形 夹 具 夹 紧 的 自 动 定 心 方 法 用 联 邦 德 国 斯 德 雷 斯 巴 工 厂 和 劳 厂 制 造 的 两 只 筒 形 夹 头 ( 见 图 2.21a 和 b) 牢 固 地 夹 紧 透 镜 表 面, 实 现 自 动 定 中 心 表 面 曲 率 大 的 透 镜 要 比 表 面 平 坦 的 透 镜 具 有 更 精 确 的 定 心 精 度 第 23 页

34 第 二 章 基 本 操 作 图 2.21 大 量 生 产 用 的 斯 德 雷 斯 巴 70 型 机 械 定 心 磨 边 机 特 性 : 机 械 定 心 冷 却 液 自 动 循 环 快 速 装 夹, 主 轴 手 动 进 给 ( 也 可 以 自 动 进 给 ), 适 宜 于 直 径 小 于 6in 的 透 镜 磨 边 与 倒 角, 内 装 有 机 械 定 心 夹 头 的 修 整 工 具, 夹 头 修 整 不 需 要 从 机 床 上 拆 下 来 机 床 具 有 许 多 与 劳 厂 的 机 械 定 心 磨 边 机 同 样 的 特 性 9 石 膏 上 盘 与 沥 青 胶 上 盘 棱 镜 通 常 用 石 膏 上 盘 来 加 工 角 度 平 面 透 镜 零 件 根 据 透 镜 表 面 的 曲 率 半 径 来 确 定 用 刚 性 模 沥 青 胶 粘 结 上 盘 还 是 用 圆 形 平 面 模 具 沥 青 胶 粘 结 上 盘 现 在 考 虑 用 一 块 圆 玻 璃 毛 坯 来 加 工 一 块 大 棱 镜 固 定 棱 镜 的 玻 璃 圈 必 须 足 够 厚, 玻 璃 圈 的 中 心 孔 直 径 比 棱 镜 底 面 尺 寸 稍 大 些 在 钻 中 心 孔 时 圆 玻 璃 坯 应 放 在 胶 合 板 平 面 上, 用 钉 子 将 两 块 薄 木 条 钉 在 胶 合 板 平 面 上 构 成 一 个 直 角 将 玻 璃 圆 盘 放 在 机 械 工 人 所 用 的 V 型 铁 上 定 中 心, 并 用 金 刚 石 划 出 记 号 再 把 偏 摆 器 装 在 钻 床 卡 盘 里, 以 便 钻 床 工 作 时 不 再 偏 移 然 后 将 玻 璃 圆 盘 放 入 V 型 槽 (90 木 条 ) 第 24 页

35 第 二 章 基 本 操 作 实 际 运 转 的 偏 摆 器 使 中 心 钻 处 于 划 出 刻 线 的 中 心 上 带 有 循 环 冷 却 液 的 中 心 钻 在 钻 床 卡 盘 里 定 位 以 前, 首 先 必 须 牢 固 夹 紧 装 有 玻 璃 圆 盘 的 工 作 台 玻 璃 圆 盘 用 木 片 塞 紧, 启 动 中 心 钻 (150r/min), 缓 慢 地 用 较 轻 压 力 向 玻 璃 进 给 在 玻 璃 翻 面 以 前 最 好 先 钻 入 厚 度 的 一 半, 然 后 再 钻 另 外 一 面 ( 确 保 玻 璃 圆 盘 靠 着 V 型 块 ) 因 为 一 次 定 位 直 接 钻 通 玻 璃 时, 钻 到 底 部 会 使 底 面 破 损 钻 出 中 心 孔 以 后, 玻 璃 圈 的 两 面 必 须 磨 出 大 的 倒 角 面 用 三 角 锉 刀 和 120 号 碳 化 硅 磨 料 把 几 条 槽 锉 成 内 圆 槽 即 使 研 磨 整 个 组 合 体 ( 用 石 膏 将 棱 镜 胶 进 玻 璃 圈 ), 其 底 部 亦 应 有 一 些 浅 的 沟 槽 棱 镜 和 玻 璃 圈 组 合 体 如 图 2.22 所 示 图 2.22 为 校 正 第 二 个 45 反 射 角 ( 与 第 一 个 45 互 为 余 角 ), 将 棱 镜 放 在 预 制 的 玻 璃 圈 内 用 石 膏 上 盘 为 了 制 作 石 膏 盘, 首 先 在 平 模 上 涂 上 一 层 轻 油, 将 棱 镜 贴 紧 模 具 表 面, 在 棱 镜 上 安 放 玻 璃 圈, 牢 固 地 把 棱 镜 粘 合 剂 到 模 具 上, 然 后 注 入 石 膏 混 合 液 棱 镜 安 放 到 平 模 以 前, 必 须 涂 以 虫 胶 或 软 沥 青 胶 ( 棱 镜 必 须 稍 许 加 热 ), 需 涂 面 积 包 括 已 经 细 磨 和 抛 光 过 的 角 度 表 面 图 2.22 表 示 正 在 抛 光 的 直 角 棱 镜 的 一 个 45 表 面, 第 25 页

36 第 二 章 基 本 操 作 涂 虫 胶 或 涂 保 护 层 的 棱 镜 面 是 弦 面 和 入 射 面 的 三 分 之 一, 箭 头 所 示 为 自 准 直 仪 的 平 行 光 束 最 后, 被 加 工 棱 镜 上 的 所 有 虫 胶 和 沥 青 胶 必 须 清 除 干 净 下 一 步 是 混 合 石 膏 浆, 并 把 它 注 入 玻 璃 圈 与 棱 镜 间 隙 中 混 合 物 由 7 份 石 膏 和 4 份 水 ( 按 重 量 ) 组 成 将 石 膏 搅 拌 几 分 钟, 用 手 指 研 碎 石 膏 块, 在 棱 镜 四 周 注 入 稠 的 石 膏 浆, 用 小 舍 形 片 捣 实, 使 空 气 泡 排 出 硬 水 会 使 石 膏 硬 化 延 缓, 水 太 少 石 膏 会 太 硬, 使 棱 镜 难 以 从 玻 璃 圈 里 取 下 用 铜 丝 刷 子 刷 去 石 膏 约 0.02in 的 深 度 时, 用 虫 胶 涂 覆 玻 璃 圈 与 棱 镜, 或 把 沥 青 胶 滴 进 凹 坑 里 在 检 验 以 前, 首 先 应 清 洁 圈 内 所 有 的 玻 璃 表 面 及 石 膏 盘 的 底 面, 并 用 自 准 直 法 检 查 所 有 玻 璃 角 度 的 大 小 ( 见 图 7.2) 对 多 只 棱 镜 (3 只 或 多 到 38 只 ) 的 石 膏 盘, 采 用 类 似 的 方 法 上 盘 先 清 洁 表 面 稍 凹 的 粗 铣 好 的 棱 镜, 用 145 号 石 英 砂 将 所 有 的 棱 角 倒 边 有 些 光 学 车 间 在 加 热 的 棱 镜 上 涂 上 虫 胶 或 者 把 它 们 放 入 稀 薄 的 热 沥 青 胶 中, 然 后 放 在 金 属 丝 网 上 干 燥 石 膏 上 盘 时 需 用 铜 圈 固 紧 棱 镜, 铜 圈 的 高 度 至 少 应 高 出 棱 镜 1in, 再 用 一 只 比 安 装 棱 镜 的 石 膏 盘 大 些 的 铸 铁 平 模 细 磨 和 抛 光 时 要 用 一 只 在 上 面 或 底 部 带 有 螺 纹 突 子 的 铝 盘 作 为 驱 动 和 握 持 用, 并 需 要 一 些 塑 料 容 器 来 搅 拌 石 膏 等 在 石 膏 上 盘 过 程 中, 将 平 盘 用 螺 旋 旋 到 竖 直 的 立 柱 上, 然 后 用 甲 醇 或 二 甲 苯 清 洁 棱 镜 表 面, 再 用 剃 须 刀 除 去 多 余 的 虫 胶 或 沥 青 胶 将 已 清 洁 的 棱 镜 牢 固 地 粘 合 到 涂 油 的 平 模 表 面 上 用 玻 璃 辅 助 块 填 满 所 有 空 的 区 域, 把 铜 圈 放 在 平 模 上 包 围 住 棱 镜 在 平 模 上 放 几 支 火 柴 棒, 使 铜 圈 稍 许 高 出 棱 镜 将 成 型 的 粘 结 剂 长 条 放 在 铜 环 的 周 围, 以 防 止 液 态 石 膏 渗 出 在 棱 镜 四 周 低 1/4in 深 度 上 撒 上 干 净 木 屑, 第 26 页

37 第 二 章 基 本 操 作 用 一 根 大 搅 棒 在 大 塑 料 容 器 里 彻 底 地 混 合 牙 科 石 膏 或 Hydrocal, 并 用 戴 手 套 的 手 指 研 碎 所 有 的 石 膏 团 块 于 是 大 部 分 石 膏 流 入 空 隙, 而 半 流 质 石 膏 至 少 要 超 过 棱 镜 顶 点 0.5in 将 驱 动 用 的 铝 平 模 埋 入 石 膏 盘, 但 决 不 可 使 铝 模 与 棱 镜 接 触 顶 部 用 牢 的 胶 带 纸 粘 住, 以 防 止 铝 模 下 陷 完 工 的 石 膏 盘 如 图 2.23 所 示 图 2.23 用 于 细 磨 抛 光 的 棱 镜 石 膏 盘 的 制 作 法 ( 注 意 在 中 心 死 点 没 有 棱 镜 ) 细 磨 抛 光 时 用 沥 青 胶 上 盘, 一 只 镜 盘 上 可 安 装 3 块 或 更 多 块 零 件 图 2.24 表 示 常 用 的 镜 盘 上 的 零 件 排 布 在 特 殊 的 铝 模 中 浇 铸 沥 青 胶 团, 每 次 约 浇 50 只 或 更 多 只, 胶 团 将 零 件 粘 在 铝 模 上 用 冰 冻 方 法 (-10 ) 可 将 胶 团 从 凹 槽 中 取 出, 放 在 加 热 到 100 的 零 件 表 面 上 ( 使 沥 青 胶 团 加 热 到 半 流 动 状 态 ) 被 加 工 的 零 件 表 面 湿 贴 到 先 用 的 模 具 上, 加 热 了 的 铝 球 面 粘 结 模 沉 到 沥 青 胶 层 和 玻 璃 零 件 上 ( 见 图 2.25) 支 承 镜 盘 的 粘 结 模 一 般 用 铝 制 造, 粘 结 模 直 径 必 须 稍 大 于 镜 盘 零 件 所 形 成 的 圆 周 直 径 第 27 页

38 第 二 章 基 本 操 作 图 2.24 用 沥 青 胶 团 在 球 面 粘 结 模 上 安 装 多 个 零 件 的 镜 片 排 列 形 式 图 2.25 将 透 镜 压 入 球 面 模 具 的 半 流 动 的 沥 青 胶 中 ( 通 常 用 手 扳 压 力 机 ), 沥 青 必 须 达 到 零 件 厚 度 的 一 半 以 上 当 沥 青 胶 团 与 零 件 仍 然 热 的 时 候, 用 一 只 小 型 手 扳 压 力 机 把 零 件 压 入 胶 团 当 沥 青 胶 团 稍 扩 展 到 大 于 零 件 厚 度 的 1/3 时, 就 用 吸 水 海 绵 冷 却 热 的 铝 粘 结 模 图 2.25 表 示 凸 镜 盘 与 凹 镜 盘 10 研 磨 抛 光 机 细 磨 抛 光 机 床 的 运 动 部 分 包 括 旋 转 主 轴 和 偏 心 摆 动 臂 根 据 情 况, 主 轴 上 可 以 安 装 镜 盘 或 磨 模, 偏 心 摆 动 臂 横 穿 下 面 的 主 轴, 驱 动 顶 针 连 接 在 偏 心 臂 上 的 摆 动 顶 针 手 柄 可 以 调 整 到 任 意 要 求 的 动 程 和 摆 速, 下 面 的 主 轴 也 可 以 调 整 到 所 需 的 转 速 第 28 页

39 第 二 章 基 本 操 作 原 则 上, 当 玻 璃 零 件 在 模 具 上 面 加 工 时, 加 工 的 是 一 凹 面 ; 相 反, 当 磨 模 在 玻 璃 零 件 上 面 加 工 时, 加 工 的 是 一 凸 面 抛 光 光 学 表 面 可 以 认 为 是 超 精 研 磨 改 变 主 轴 的 转 速 和 放 慢 驱 动 顶 针 的 摆 臂 速 度 可 在 一 定 范 围 内 修 改 面 形 另 外 一 种 方 法 是 将 工 件 ( 玻 璃 零 件 或 组 件 ) 由 顶 部 调 到 底 部 图 2.26 表 示 旋 转 的 下 主 轴 和 在 偏 心 摆 动 臂 上 的 驱 动 顶 针 偏 心 摆 动 臂 也 可 以 作 伸 缩 调 节, 但 需 注 意 两 种 可 能 的 偏 心 臂 位 置 图 2.27 所 示 为 R6Y-1 型 斯 特 雷 斯 巴 抛 光 机, 摆 动 臂 底 部 具 有 随 机 调 整 装 置 ( 该 装 置 可 以 调 出 任 何 往 复 动 程 ) 同 时 也 可 以 看 到, 气 压 夹 具 能 防 止 抛 光 时 驱 动 顶 针 从 工 件 向 上 跳 动 在 抛 修 光 圈 时, 机 床 上 有 许 多 调 整 量 可 供 选 用, 操 作 者 可 以 进 行 多 种 调 节 他 们 在 抛 修 透 镜 或 其 他 零 件 时 经 常 采 用 低 主 轴 转 速 的 手 工 抛 光, 而 手 工 动 程 是 没 有 重 复 性 的 图 2.26 R6Y-1 型 斯 特 雷 斯 巴 四 轴 研 磨 抛 光 机 ( 图 中 所 示 为 研 磨 状 态 ) 第 29 页

40 第 二 章 基 本 操 作 图 2.27 摆 动 臂 随 机 调 节 的 R6Y-1 型 斯 特 雷 斯 巴 机 床 ( 注 意 旋 转 主 轴 摆 动 臂 和 动 程 长 度 偏 心 的 调 整 可 能 性, 这 种 型 号 也 有 一 种 保 持 向 下 的 空 气 压 力 筒 ) 图 2.28 用 于 大 批 量 生 产 的 6AA 型 十 轴 斯 特 雷 斯 巴 机 床, 每 一 种 零 件 使 用 一 种 泵 循 环 抛 光 粉 悬 浮 液 许 多 类 似 零 件 的 大 批 量 生 产 需 要 多 头 操 作 图 2.28 表 示 抛 光 凹 面 或 凸 面 的 十 轴 机 输 液 管 直 径 把 抛 光 粉 悬 浮 液 输 到 每 个 主 轴 上, 通 过 从 顶 轴 到 底 轴 许 多 不 同 第 30 页

41 第 二 章 基 本 操 作 的 调 整, 工 件 可 以 获 得 各 自 不 同 的 变 化 反 之 亦 然, 驱 动 顶 针 可 背 向 中 心 移 动, 当 然 主 轴 转 速 和 偏 心 臂 及 其 动 程 的 任 何 变 化 将 显 著 地 影 响 所 有 的 抛 光 效 果 图 2.29 斯 德 雷 斯 巴 ( 德 雷 珀 型 )6-AC 型 机 床, 为 使 工 件 在 检 验 时 翻 转 到 垂 直 位 置, 机 床 带 有 翻 转 工 作 台, 注 意 驱 动 轴 能 使 装 有 大 反 射 镜 的 工 作 台 作 逆 时 针 翻 转, 60in 的 工 作 台 转 速 为 2~6r/min, 该 机 床 亦 有 磨 边 倒 角 等 功 能 对 于 很 大 的 工 件, 例 如 天 文 反 射 镜, 则 需 要 大 的 抛 光 机 ( 见 图 2.29) 该 机 器 模 仿 著 名 科 学 家 和 作 者 汉 里 德 雷 珀 (Henry Draper)( 大 约 1860 年 ) 的 设 计 另 一 名 著 名 光 学 技 术 人 员 理 奇 伟 (Ritchey) 为 威 尔 逊 (Wilson) 天 文 台 制 造 了 一 块 100in 反 射 镜, 为 了 检 验 镜 面 而 附 加 了 工 作 台 面 的 倾 斜 运 动 在 San Diego 附 近 的 帕 拉 马 山 天 文 台 则 由 H.H. 布 朗 (Brown) 用 类 似 的 机 床 制 造 了 200in 的 反 射 镜 这 种 斯 特 雷 斯 巴 机 床 可 以 夹 住 60in 的 工 件, 并 有 许 多 附 带 的 功 能, 可 以 磨 边 倒 边 钻 孔, 用 凸 轮 跟 踪 机 构 和 凸 轮 支 承 架 可 以 加 工 曲 面 因 为 小 的 抛 光 模 可 以 对 旋 转 的 反 射 镜 反 转, 在 精 密 修 整 非 球 面 时, 可 以 采 用 横 梁 套 筒 机 构 这 样 可 以 控 制 象 散 到 最 第 31 页

42 第 二 章 基 本 操 作 小 的 量 值 这 种 机 床 有 7ft10in 高,7ft 宽,10ft6in 长 ( 最 大 动 程 为 3ft) 为 了 透 镜 的 大 批 量 生 产, 劳 厂 和 许 多 其 他 公 司 研 制 出 了 金 刚 石 高 速 精 磨 机 (50 号 金 刚 石 ) 金 刚 石 精 磨 表 面 在 类 似 精 磨 机 的 机 床 上 进 行 抛 光, 采 用 可 以 承 受 高 速 和 高 压 的 塑 料 抛 光 模 劳 厂 的 PLM100 型 抛 光 机 用 聚 氨 酯 抛 光 模 抛 光 金 刚 石 精 磨 (50 号 砂 ) 表 面, 抛 光 时 间 取 决 于 工 件 的 直 径 为 5~15 分 钟 见 霍 恩 H.H.Horne, Optical Production Technology(crane, Russak & co., Inc, New York. 1972) 沥 青 胶 胶 合 剂 及 虫 胶 的 配 方 及 出 处 : 胶 合 用 沥 青 胶 : 1) 按 重 量 比 : 三 份 无 色 透 明 松 香 三 份 蜂 蜡 二 份 地 蜡 2) 按 重 量 比 : 六 份 虫 胶 三 份 纯 柏 油 3) 按 重 量 比 : 三 份 无 色 透 明 松 香 三 份 蜂 蜡 上 盘 用 沥 青 胶 或 虫 胶 : 1) 按 重 量 比 :5lb 无 色 透 明 松 香 5oz 纯 沥 青 加 上 同 样 体 积 的 Agroshell ( 磨 碎 的 胡 桃 壳 或 黄 色 的 猪 石 ) 2) Hold-Tite 上 盘 粘 结 胶 : 恩 斯 特, 佐 贝 尔 (Ernst-Zobel) 公 司 在 275 F 温 度 熔 化 3) 万 能 虫 胶 及 其 供 应 公 司 (Universal Shellac & Supply Co.) 供 应 三 种 等 级 :No.1( 全 年 使 用 );No.8( 冬 天 等 级 );No.16( 夏 天 等 级 ) 第 32 页

43 第 二 章 基 本 操 作 抛 光 用 沥 青 胶 格 可 兹 (Gugolz) 牌 瑞 士 沥 青,No 及 91 No.91 为 极 硬 No.72 用 于 手 工 抛 光 及 大 多 数 机 器 抛 光, 属 中 等 软 度 No.64 用 于 抛 光 非 球 面,No.82 用 于 热 压 成 型 的 大 曲 率 工 件 来 源 : 阿 达 尔 夫 默 勒 尔 (Adolf Meller) 公 司 第 33 页

44 第 三 章 手 工 抛 光 第 三 章 手 工 抛 光 手 工 抛 光 是 用 时 间 和 经 验 而 获 得 的 一 项 技 术 本 章 讨 论 手 工 抛 光 的 一 些 基 础 知 识 用 沥 青 抛 光 光 学 表 面 称 为 光 学 抛 光 沥 青 抛 光 模 或 抛 光 工 具 是 用 一 种 混 合 抛 光 材 料 制 成 的, 在 标 准 室 温 条 件 下, 抛 光 层 稍 有 塑 性 流 动 抛 光 光 学 表 面 采 用 两 种 型 式 的 沥 青 抛 光 模 第 一 种 是 网 格 型 式, 在 大 网 格 面 上 压 制 出 更 小 的 网 格 面 形 第 二 种 是 带 有 粗 槽 线 的 整 体 型 式 沥 青 胶 配 方 : 沥 青 胶 的 配 方 一 般 对 同 行 是 保 密 的, 每 一 个 光 学 技 工 都 有 其 喜 爱 的 沥 青 抛 光 胶 的 配 方 和 方 法 因 此, 并 不 限 制 他 们 在 胶 锅 里 混 入 些 什 么 东 西 管 理 人 员 和 公 司 通 常 只 坚 持 一 个 方 针, 就 是 要 求 每 个 新 的 光 学 技 工 采 用 标 准 的 沥 青 胶 配 方 下 面 列 出 某 些 典 型 的 抛 光 沥 青 胶 的 配 方 按 重 量 比 : D 光 学 胶 1 磅 (453.6g) 加 石 蜡 1 盎 司 (28.35g) D 光 学 胶 1 磅 加 石 蜡 2 盎 司 ( 抛 光 修 整 用 ) D 光 学 胶 1.5 磅 加 OZHINITE3/4 盎 司 和 松 香 柏 油 5 盎 司 D 光 学 胶 2 磅 加 ZORPHALAC2 磅 2) 号 和 3) 号 沥 青 抛 光 胶 用 于 抛 光 冕 牌 玻 璃 派 勒 克 斯 玻 璃 窗 玻 璃 和 石 英 晶 体 4) 号 沥 青 胶 用 于 抛 光 稀 土 玻 璃 和 火 石 玻 璃 后 来 D. 亨 德 里 克 斯 根 据 一 条 简 单 规 则 把 沥 青 胶 配 方 划 为 类 似 化 合 物 的 混 合 物 例 如, 沥 青 胶 中 松 香 从 松 树 得 到, 蓖 麻 油 或 亚 麻 仁 油 是 植 物 油, 故 称 为 植 物 性 混 合 物 D 光 学 胶 是 从 炼 油 厂 得 到 的 软 沥 青 化 合 物 混 合 而 成 的 无 机 物 或 无 机 物 的 混 合 物 亨 德 里 克 斯 研 究 了 若 干 种 沥 青 胶 的 配 方 : 按 重 量 比 : 无 色 透 明 松 香 5 磅, 蓖 麻 油 6 盎 司 D 光 学 胶 2 磅, 亚 麻 仁 油 6 盎 司 D 光 学 胶 2 磅, 松 香 柏 油 4 盎 司, 蜂 蜡 1.5 磅, 加 1~3 匙 松 节 油, 然 后 调 均 匀 采 用 的 沥 青 配 方 是 5 磅 无 色 透 明 的 松 香 和 6 盎 司 松 香 柏 油 ( 液 态 ), 可 以 预 先 置 好 沥 青 胶 以 作 准 备 用 佐 贝 尔 (Zobal) 牌 号 有 软 沥 青 胶 和 硬 沥 青 胶 这 种 胶 是 透 明 的, 加 一 些 较 软 的 胶 可 以 使 较 硬 的 胶 软 化 万 能 虫 胶 供 应 公 司 (Brooklyn,NY) 提 供 的 No450 中 硬 抛 光 胶 是 广 泛 使 用 的 胶 该 公 司 也 提 供 各 种 不 同 硬 度 和 熔 化 范 围 的 布 尔 根 德 (Burgundy) 沥 青 胶 W. 蒂 查 (Wn Dixon) 和 其 公 司 (Newark,NJ) 是 又 一 家 提 供 优 质 光 学 沥 青 胶 的 公 司 有 些 进 口 沥 青 胶 也 是 很 好 的 并 能 保 证 质 量 虽 然 没 有 各 种 配 方 的 完 整 规 格, 但 沥 青 胶 是 可 以 根 据 特 殊 需 要 而 专 门 研 制 的 沥 青 胶 硬 度 的 测 量 沥 青 胶 硬 度 有 几 种 测 量 方 法 一 般 采 用 针 入 度 计, 该 仪 器 在 压 有 0.5kg 铜 重 块 的 滑 杆 上 固 定 一 只 直 径 为 6mm 的 轴 承 钢 球 在 圆 柱 体 滑 杆 上 固 定 一 只 每 英 寸 1000 分 到 处 圆 度 盘,5min 以 后 读 出 轴 承 钢 球 穿 入 沥 青 胶 的 数 值 ( 见 图 3.1) 许 多 早 期 的 光 学 技 工 用 拇 指 甲 以 约 为 2~3 磅 的 压 力 在 1~2s 钟 内 压 入 胶 内, 其 它 测 量 方 法 是 仿 效 该 法 得 图 3.1 测 试 抛 光 沥 青 胶 硬 度 的 到 的 拇 指 甲 压 胶 虽 是 一 种 粗 略 的 方 法, 但 可 以 设 计 出 典 型 沥 青 胶 针 入 度 装 置 一 只 带 有 锐 边 的 轮 子, 棒 的 支 点 到 轮 子 的 长 度 为 10cm, 棒 上 穿 一 个 重 为 8 盎 司 的 铜 重 块,60s 第 17 页

45 第 三 章 手 工 抛 光 后 测 量 轮 子 刀 刃 穿 入 沥 青 胶 的 宽 度 和 深 度 ( 见 图 3.2) 虽 然 采 用 加 重 块 的 穿 入 方 法 更 为 精 确, 但 它 的 缺 点 是 因 沥 青 胶 的 雾 气 凝 聚 在 测 杆 上, 而 使 昂 贵 的 千 分 表 渐 渐 失 去 精 度 机 器 抛 光 或 手 工 抛 光 所 采 用 的 沥 青 胶 的 硬 度 是 可 以 测 量 的 应 该 在 室 温 70~72 F 抛 光 派 勒 克 斯 玻 璃 石 英 晶 体 冕 牌 玻 璃 和 陶 瓷 玻 璃 时 测 量 针 入 度 的 度 盘 读 书 应 该 为 0.012~0.016in 具 有 这 样 针 入 度 数 值 的 胶 对 手 工 抛 光 棱 镜 及 小 平 面 是 极 为 适 用 的 用 于 抛 修 非 球 面 的 沥 青 抛 光 胶 的 硬 度 为 0.018~ in 用 于 火 石 玻 璃 的 胶 硬 度 为 0.025~ 图 3.2 类 似 于 拇 指 甲 测 试 沥 青 胶 硬 度 的 0.03in 对 于 稀 土 玻 璃, 例 如 EDF3, 其 硬 另 一 种 设 计 方 案 度 范 围 为 0.03~0.04in 以 上 是 对 40h 研 细 的 巴 塞 特 (Barnsite) 和 抛 光 粉 的 标 准 数 值 抛 光 胶 的 基 本 成 分 ( 例 如 松 香 柏 油 油 脂 或 亚 麻 仁 油 ) 缓 慢 蒸 发, 并 且 抛 光 粉 嵌 入 抛 光 模 后, 沥 青 抛 光 模 就 逐 渐 变 硬 大 多 数 已 开 好 槽 的 沥 青 抛 光 模 表 面 上 还 印 有 更 细 致 的 浅 槽 图 案, 可 以 用 刀 片 重 新 按 图 案 开 出 抛 光 模 沟 槽 沥 青 抛 光 盘 开 槽 手 工 抛 光 棱 镜 的 沥 青 抛 光 模 的 制 作 方 法 如 下 : 将 缓 慢 熔 化 的 5 磅 无 色 透 明 松 香 和 6 盎 司 松 香 柏 油 倒 入 熔 化 的 松 香 中 充 分 搅 拌, 待 松 香 柏 油 充 分 软 化 或 松 香 变 硬 时, 加 入 沥 青 胶, 使 针 入 度 值 大 约 为 0.014in 同 时 做 两 只 10in 直 径 的 抛 光 模, 铝 模 厚 度 至 少 1in, 接 头 直 径 1.5in 或 更 大, 以 防 止 抛 光 模 在 连 接 螺 旋 上 摇 动 将 两 只 夹 模 中 的 一 只 在 煤 气 嘴 下 加 热, 一 直 加 热 到 尚 可 以 用 手 接 触 为 止 然 后 用 很 小 的 力 将 夹 模 旋 在 立 柱 上 如 果 夹 模 是 热 的, 会 装 得 太 紧, 使 大 型 抛 光 模 取 下 来 很 费 力 气 夹 模 的 四 周 用 3/4in 胶 带 纸 粘 贴, 高 出 夹 模 表 面 1/2in 将 半 冷 的 沥 青 胶 慢 慢 地 从 夹 模 中 心 倒 入 已 加 热 的 夹 模 上, 沥 青 胶 的 厚 度 可 以 为 1/16~3/8in, 然 后 让 抛 光 模 慢 慢 地 冷 却 到 室 温 用 类 似 的 方 法 制 作 第 二 只 沥 青 抛 光 模, 但 是 现 在 的 沥 青 胶 里 含 有 胡 桃 壳 的 碎 粒, 将 1 杯 半 的 胡 桃 壳 碎 粒 慢 慢 地 加 入 到 1 夸 特 熔 化 的 沥 青 胶 里 面 每 只 抛 光 模 用 3/4in 铜 条 划 出 3/4in 的 方 块 每 个 方 块 平 面 划 出 1/8in 宽 和 约 3/16in 深 的 浅 槽 沥 青 抛 光 模 用 单 面 刀 片 开 槽 首 次 划 槽 完 成 后, 最 好 先 用 洗 涤 水 涂 抹 抛 光 模 然 后 在 所 有 方 格 槽 的 另 一 侧 切 出 浅 槽, 每 切 一 次 使 凹 槽 切 口 的 深 度 加 深 一 次 右 手 拿 刀 片 的 人 总 是 切 割 出 凹 槽 的 右 边 ( 反 之 为 左 手 持 刀 者 ), 为 了 改 变 切 口 方 向, 可 把 抛 光 盘 转 动 180 切 割 几 次 后, 再 用 4in 钟 表 刷 子 除 去 嵌 入 凹 槽 内 的 沥 青 碎 屑 必 须 用 一 只 12in 的 铸 铁 平 模 压 平 开 过 槽 的 抛 光 模 模 子 在 热 水 中 加 热, 直 到 手 尚 能 接 触 为 止 抛 光 模 上 涂 一 层 浓 的 抛 光 粉 悬 浮 液, 把 加 热 的 平 模 放 在 沥 青 抛 光 模 上, 横 穿 抛 光 模, 推 动 几 个 圆 动 程, 使 抛 光 模 的 边 缘 压 得 与 中 心 一 样 平 完 成 这 些 动 作 后 开 槽 并 进 一 步 压 制 小 方 格 这 道 工 序 可 用 一 块 更 细 网 格 或 塑 料 窗 帘 来 完 图 3.3 压 制 了 小 方 块 的 手 工 抛 成 把 抛 光 液 浸 湿 的 网 格 用 力 贴 合 在 抛 光 模 上, 再 放 上 光 和 机 器 抛 光 的 开 槽 抛 光 模 加 热 的 铸 铁 平 模 必 须 注 意 抛 光 模 上 所 压 出 的 槽 深 度 应 用 模 压 平 板 控 制 抛 光 模 的 面 形 小 于 格 线 直 径 的 一 半 如 果 压 得 太 深, 当 网 格 从 沥 青 抛 光 模 上 取 下 时, 会 发 现 凸 起 的 小 方 块 从 第 18 页

46 第 三 章 手 工 抛 光 抛 光 模 主 体 上 撕 裂 下 来 然 后, 抛 光 模 必 须 再 开 一 次 槽, 以 除 去 流 入 槽 中 的 沥 青 胶 图 3.3 所 示 为 沥 青 抛 光 模 抛 光 模 应 冷 却 几 个 小 时 大 多 数 光 学 技 工 喜 欢 用 表 面 质 量 为 4 个 波 长 或 小 于 4 个 波 长 的 光 滑 平 模 在 机 器 上 压 制 抛 光 模, 在 主 轴 转 速 为 30r/min 摆 臂 摆 速 为 20r/min 和 1/3 直 径 的 动 程 条 件 下 抛 光 10min 用 派 勒 克 斯 玻 璃 压 平 模 控 制 抛 光 模 的 表 面 形 状 将 抛 光 模 压 成 所 要 求 的 形 状 需 要 三 块 派 勒 克 斯 玻 璃 如 果 每 块 派 勒 克 斯 玻 璃 的 两 面 均 可 利 用, 则 做 成 了 六 块 压 平 模 的 系 列 第 一 块 玻 璃 板 的 一 个 面 的 平 面 面 形 可 以 凸 2 个 波 长, 而 另 一 面 为 凹 2 个 波 长 第 二 块 派 勒 克 斯 玻 璃 的 一 面 的 平 面 度 可 凸 3~4 个 波 长, 而 另 一 面 可 能 为 凹 3~4 个 波 长 第 三 块 派 勒 克 斯 玻 璃 一 面 的 平 面 度 可 为 凸 6~8 个 波 长, 而 另 一 面 可 为 凹 6~8 个 波 长 每 块 派 勒 克 斯 玻 璃 必 须 作 上 记 号, 表 示 面 形 的 波 长 偏 离 量 是 凹 的 还 是 凸 的 要 压 出 凸 面 形 的 抛 光 模 必 须 用 凹 的 压 平 模 ; 凹 面 形 的 抛 光 模 必 须 用 凸 的 压 平 板 整 体 式 抛 光 模 这 种 型 式 抛 光 模 用 的 抛 光 胶 称 为 中 硬 ( 稍 软 ) 沥 青 胶 用 针 入 度 计 测 量 的 硬 度 测 量 值 范 围 是 5min 以 内 为 ~0.030in 现 列 举 几 种 典 型 沥 青 胶 配 方 如 下 : 按 重 量 比 : No835 的 中 等 布 尔 根 德 沥 青 2 磅, 达 光 学 质 量 的 松 香 2 磅 佐 贝 尔 软 沥 青 2 磅, 佐 贝 尔 硬 沥 青 2 磅 No850 软 抛 光 布 尔 根 德 沥 青 2 磅, 达 光 学 质 量 的 松 香 2 磅 可 以 制 备 许 多 种 不 通 的 沥 青 胶 瑞 士 软 沥 青 (gregoly)no.55 和 No.64 是 其 中 的 一 种 整 体 式 抛 光 模 一 般 是 小 直 径 的, 典 型 规 格 是 : 工 件 直 径 2in, 抛 光 模 直 径 4in; 工 件 直 径 3in, 抛 光 模 直 径 5in; 工 件 直 径 4in, 抛 光 模 直 径 6in 抛 光 模 上 沥 青 胶 层 的 厚 度 约 1/4in 用 刀 片 无 规 则 地 开 出 浅 槽, 穿 过 抛 光 模 纵 横 方 向 图 3.4 手 工 抛 光 小 平 面 时 的 整 体 式 抛 光 模, 浅 槽 宽 度 为 1/4in 深 为 1/32in 用 小 刀 制 作 一 组 浅 的 径 向 线 形 槽, 由 压 平 板 有 些 操 作 者 喜 欢 在 抛 光 盘 中 心 挖 一 控 制 抛 光 模 面 形 用 网 格 抛 光 模 作 手 工 抛 光 个 1/4in 的 小 孔, 以 使 抛 光 时 沥 青 胶 向 中 心 流 动 ( 见 图 3.4, 图 中 表 示 在 整 体 式 抛 光 模 上 所 刮 出 的 浅 槽 图 形 ) 用 熟 石 膏 上 盘 的 平 面 镜 盘 抛 光 时, 采 用 不 掺 有 胡 桃 壳 的 抛 光 模 ; 而 一 般 的 细 磨 与 抛 光 应 用 加 胡 桃 壳 的 抛 光 模 在 后 一 种 情 况 下, 细 磨 表 面 抛 光 时 必 须 加 上 5~6 磅 的 压 力 较 硬 的 沥 青 抛 光 模 与 较 软 的 沥 青 抛 光 模 相 比 更 易 保 持 面 形 手 工 抛 光 技 术 建 立 在 一 些 易 于 掌 握 的 基 本 原 则 的 基 础 上 用 平 滑 的 铸 铁 盘 在 抛 光 模 上 运 动, 使 抛 光 粉 嵌 新 抛 光 模 而 将 面 形 变 凸 用 平 板 压 制 两 只 抛 光 模 以 前, 最 好 用 稍 为 浸 湿 的 钟 表 刷 子 涂 沫 抛 光 粉 而 压 制 沥 青 抛 光 模 的 时 间 取 取 决 于 压 平 板 的 重 量 如 果 采 用 多 方 面 的 预 防 措 施, 可 以 把 压 平 板 在 抛 光 模 上 放 过 夜 首 先 用 抛 光 粉 稍 湿 润 一 下 抛 光 模 ; 再 把 压 板 放 在 抛 光 模 上 ( 注 意 观 察 整 个 沥 青 胶 表 面 是 否 压 住 ); 最 后 用 12.5mm 的 胶 带 纸 封 住 压 板 及 沥 青 抛 光 模, 使 水 分 不 易 向 四 周 流 出 沥 青 胶 不 易 向 四 周 流 出 从 抛 光 模 上 取 下 凹 的 压 板, 这 时 抛 光 模 表 面 是 凸 的 用 钟 表 刷 子 湿 润 抛 光 模 网 格 面 的 顶 部, 并 涂 布 沉 淀 的 抛 光 粉, 用 两 手 在 抛 光 模 的 中 心 牢 靠 地 拿 住 棱 镜 如 果 光 学 零 件 细 磨 得 很 好, 抛 光 模 在 纵 横 两 个 方 向 采 用 Z 字 形 动 程 并 加 上 5~6 磅 压 力, 则 能 抛 去 全 部 砂 眼 并 达 到 1/8 条 纹 的 质 量 这 时 抛 光 动 程 方 向 与 抛 光 模 槽 形 方 向 成 45, 动 程 数 平 均 每 分 钟 30~40 次 此 速 度 似 乎 是 慢 的, 但 光 学 表 面 抛 光 时 间 的 缩 短 正 比 于 所 加 的 压 力 值, 故 很 少 采 用 增 加 每 分 钟 的 动 程 数 第 19 页

47 第 三 章 手 工 抛 光 因 为 动 程 数 的 增 加 使 被 加 工 光 学 表 面 在 沥 青 抛 光 模 上 跳 动, 以 致 引 起 塌 边 抛 光 5min 以 后 就 应 检 查 表 面 的 光 学 质 量 光 学 表 面 的 潜 热 发 散 出 来 后, 由 凹 面 渐 渐 变 为 平 面 如 果 被 检 面 为 凸 面, 则 需 要 继 续 抛 光, 约 加 3~4 抛 光 液, 有 可 能 使 表 面 变 为 凹 面 当 镜 盘 提 起 来 时 必 须 注 意, 每 次 新 加 抛 光 液 时, 不 能 总 加 在 同 一 侧, 否 则 将 导 致 该 侧 塌 边 加 两 次 或 更 多 次 的 抛 光 液 后, 如 果 表 面 仍 然 向 凸 的 方 向 发 展, 就 说 明 原 来 细 磨 得 不 好 第 一 次 加 抛 光 液 后, 光 学 表 面 可 能 出 现 凹 的 面 形 此 时 应 立 刻 减 少 压 力 到 2~3 磅, 并 降 低 抛 光 模 的 Z 字 形 动 程 的 频 率 加 几 次 抛 光 液 后, 如 果 没 有 使 表 面 凹 度 减 少, 则 用 两 个 波 长 的 凸 压 板 改 变 沥 青 抛 光 模 的 面 形, 使 其 变 为 凹 面 一 般 压 制 抛 光 模 15~20min 为 加 速 压 型 过 程, 在 压 板 上 加 一 块 10 磅 的 铅 块 并 用 纸 片 相 垫 以 防 止 划 伤 压 板 应 强 调 的 是 在 抛 修 到 凸 面 和 凹 面 以 前, 必 须 对 所 有 细 磨 光 学 表 面 教 学 预 抛 光 如 果 继 续 用 这 只 抛 光 模 抛 光 许 多 表 面 时, 必 须 记 住 : 在 抛 光 过 程 中 抛 光 模 凸 面 度 渐 渐 下 降, 如 果 抛 光 模 是 凹 的, 则 反 之 亦 然, 加 工 结 果 是 渐 渐 地 朝 更 凹 的 方 向 发 展 抛 光 时 如 果 光 学 表 面 没 有 麻 点 砂 眼 亮 道 子 和 划 痕, 则 应 减 轻 压 重 如 果 表 面 是 凹 面, 则 压 重 大 约 减 至 2 磅 或 更 小 如 果 有 抛 不 掉 的 亮 道 子 存 在, 则 开 始 时 最 好 不 用 掺 有 胡 桃 壳 的 抛 光 模 本 书 作 者 喜 欢 用 两 个 波 长 的 压 板 压 软 的 抛 光 模, 用 这 种 软 抛 光 模 来 抛 光 光 学 表 面, 不 采 用 每 分 钟 20 次 相 同 Z 字 形 动 程, 来 获 得 光 学 表 面 的 质 量 用 平 晶 检 验 抛 光 表 面 的 表 面 质 量 将 在 第 四 章 介 绍 应 注 意 的 是 : 在 加 工 工 件 以 前 必 须 仔 细 地 分 析 每 个 抛 光 表 面 假 如 能 用 抛 光 方 法 获 得 改 善, 则 镜 片 不 必 再 重 磨 抛 光 棱 镜 和 其 它 矩 形 表 面 的 光 学 元 件 时, 通 常 带 有 象 散 多 半 光 学 元 件 长 度 方 向 是 表 面 形 状 是 凹 的, 宽 度 方 向 是 凸 的 这 称 之 为 马 鞍 形 曲 面 若 将 棱 镜 旋 转 45 度, 并 加 压 在 最 高 角 落 处 就 可 得 到 校 正 另 一 种 普 通 的 表 面 缺 陷 是 腹 部 突 出 或 凹 进 的 飞 鸟 图 案 这 个 意 思 是 如 果 中 心 低 ( 凹 ), 则 中 间 带 区 为 高 ( 凸 ) 而 边 部 塌 边 ; 如 果 中 心 高, 则 中 间 带 区 低 而 边 缘 翘 边 校 正 中 间 或 中 心 区 域 高 的 表 面, 要 在 该 区 域 局 部 加 压 并 将 光 学 零 件 稍 移 移 向 抛 光 片 盘 边 缘 ( 见 图 3.5a 和 b), 而 且 必 须 在 短 时 间 内 仔 细 完 成 操 作 当 棱 镜 相 应 高 带 区 域 变 小 时, 则 在 棱 镜 凸 面 四 周 用 双 手 加 压, 以 较 慢 速 率 在 抛 光 模 上 平 滑 图 3.5 棱 镜 抛 光 的 典 型 倾 斜 面 形 偏 差 该 棱 镜 表 面 交 换 棱 镜 中 心 与 边 缘 的 压 力 下 面 部 分 表 示 校 正 凹 包 的 方 法 并 增 加 速 率, 用 更 短 的 工 字 形 抛 光 动 程 来 校 正 第 二 种 或 相 反 的 表 面 形 状 当 棱 镜 或 光 学 零 件 的 面 形 得 到 改 善 时, 经 常 在 角 隅 附 近 发 现 小 的 凸 包 ( 称 为 谷 粒 ) 这 种 谷 粒 常 常 是 顽 固 的, 不 能 单 独 用 加 压 法 消 除 许 多 有 经 验 的 操 作 者 借 助 于 手 指 修 整 法, 用 得 最 多 的 是 大 姆 指 或 中 指 修 整 10 秒 以 后, 将 棱 镜 角 隅 搁 置 一 边, 过 5min 钟 使 潜 热 释 放 而 达 到 正 常 温 度 这 种 局 部 修 整 棱 镜 的 方 法, 会 导 致 某 些 不 规 则 面 形, 因 此 必 须 用 较 软 抛 光 模 以 慢 行 程 和 轻 压 力 抛 光 ` 修 整 面 形, 因 此 必 须 用 较 软 抛 光 模 以 慢 行 程 和 轻 压 力 抛 光 ` 修 整 面 形 软 抛 光 模 用 面 形 为 两 个 波 长 的 压 板 成 型 第 20 页

48 第 三 章 手 工 抛 光 提 示 抛 光 模 开 始 时 都 象 是 锉 刀 的 形 状, 在 光 学 表 面 上 会 产 局 部 效 应, 直 到 小 网 格 方 块 变 为 相 当 大 的 平 台 时, 才 能 完 成 光 学 表 面 的 抛 光 石 膏 上 盘 加 工 玻 璃 表 面, 尽 管 有 些 操 作 者 用 带 胡 桃 壳 的 抛 光 模, 但 还 必 须 用 不 加 胡 桃 壳 的 沥 表 抛 光 模 以 抛 光 ` 修 整 较 高 质 量 的 光 学 表 面 抛 光 时, 决 不 允 许 在 抛 光 边 缘 处 加 抛 光 液, 而 应 在 抛 光 的 中 心 处 或 每 次 换 一 个 新 的 地 方 加 抛 光 液 采 用 z 字 形 动 程 时, 至 少 要 通 过 抛 光 模 两 次, 并 在 中 心 处 结 束 当 围 绕 抛 光 盘 四 周 改 变 位 置 时, 不 能 在 抛 光 模 中 心 用 力 旋 转 棱 镜, 因 为 这 样 常 导 致 表 面 一 直 是 凹 的 穿 过 抛 光 模 并 与 抛 光 模 上 的 大 槽 线 近 似 成 45 度 方 向 抛 光 时, 只 有 四 个 位 置 可 作 为 动 程 起 点 的 位 置 应 该 用 3in 玻 璃 研 碎 器 研 平 新 的 抛 光 粉, 研 碎 器 带 有 三 个 波 长 以 内 平 面 度 的 平 面 平 面 在 抛 光 模 上 作 旋 转 运 动, 用 一 只 稍 湿 的 钟 表 刷 子 在 凹 槽 里 添 加 新 的 抛 光 粉 在 沥 青 抛 光 模 上 若 抛 光 粉 稀 薄 则 使 棱 镜 或 光 学 零 件 表 面 与 沥 青 模 紧 贴, 可 能 产 生 凹 面 ; 而 浓 的 抛 光 粉 则 使 光 学 零 件 抛 成 为 凸 面 在 由 凸 压 板 形 成 的 凹 沥 青 抛 光 模 上 抛 光 光 学 元 件 或 棱 镜 时 可 以 减 少 表 面 凹 的 程 度 ; 反 之, 用 凹 压 板 形 成 的 凸 抛 光 模 来 抛 光 棱 镜 或 光 学 零 件 时 可 以 减 少 光 学 表 面 凸 的 程 度 抛 光 模 一 次 双 一 次 地 开 槽 及 修 乔 边 缘, 均 应 重 新 修 整 成 锐 边, 并 一 边 高 速 旋 转 一 边 用 单 面 刀 片 修 整 整 体 式 抛 光 模 的 边 缘, 必 须 熟 练 地 细 心 地 用 双 手 拿 稳 刀 片, 并 且 不 要 对 沥 青 胶 层 进 刀 太 深 采 用 整 体 式 抛 光 模 的 操 作 者 应 有 一 些 柱 墩, 三 个 一 组 已 足 够, 其 直 径 为 1-3in, 并 用 下 班 环 氧 树 脂 做 成 呈 小 三 角 形 的 三 分 之 一 in 的 短 手 柄 当 抛 光 凹 面 有 困 难 时, 通 常 可 在 抛 光 模 中 间 放 一 个 柱 墩, 在 沥 青 抛 光 模 上 便 钻 出 一 个 凹 坑, 于 是 较 低 层 的 沥 青 就 流 向 抛 光 模 中 央 的 凹 坑 里, 导 致 抛 光 模 在 该 区 域 为 凹 的, 使 抛 光 作 用 减 小 柱 墩 的 尺 寸 取 决 于 被 抛 光 光 学 无 件 的 凹 凸 程 度 当 较 细 网 格 槽 熔 没 时, 需 重 新 修 乔 或 压 制 网 格 抛 光 模 在 抛 光 机 上 用 铸 铁 平 模 抛 压 旋 转 中 的 抛 光 模, 可 把 沥 青 抛 光 模 上 呈 网 格 状 的 小 方 块 压 平, 用 压 板 压 过 一 但 也 可 以 达 到 此 目 的 6. 用 整 体 式 抛 光 模 作 手 工 抛 光 用 熟 石 膏 上 盘 或 其 它 一 些 上 盘 方 法 已 经 粗 抛 光 过 的 光 学 表 面 通 常 用 整 体 式 抛 光 模 整 修 成 形 这 种 光 学 表 面 存 在 象 散, 而 且 表 面 质 量 最 好 只 有 1-2 个 波 长 被 加 工 的 光 学 零 件 直 径 一 般 不 大 于 4in 大 尺 寸 光 学 零 件 最 好 用 网 格 式 抛 光 模 修 整 成 形 但 这 并 不 意 味 着 如 果 采 用 某 种 措 施 就 可 以 在 整 体 式 抛 光 模 上 抛 光 因 为 吸 附 力 使 光 学 表 面 与 抛 光 模 紧 密 接 触, 因 而 使 较 大 表 面 加 工 发 生 困 难 一 般 用 面 形 压 板 面 型 的 整 体 抛 光 模 形 成 一 个 平 坦 的 面 形 最 好 用 1-4 个 波 长 的 凸 压 板 作 补 偿, 在 整 体 式 抛 光 模 上 压 出 凹 的 面 形 把 压 板 放 在 抛 光 模 上 以 前 必 须 在 整 个 抛 光 盘 直 么 上 用 干 抛 光 粉 慢 慢 地 擦 几 下, 然 后 吹 掉 剩 余 物 如 果 用 铅 锤 将 压 板 向 下 敲 压, 则 在 短 时 间 内 ( 大 约 5min) 可 获 得 平 面 面 形 移 支 压 板 后, 检 验 抛 光 过 的 表 面, 并 确 定 表 面 的 形 状 如 果 是 凹 表 面, 则 用 乔 刀 在 中 心 挖 一 个 小 孔, 从 中 心 到 边 缘 刮 十 条 或 更 多 条 么 向 线 然 后 把 直 么 大 约 为 整 体 抛 光 模 直 径 四 分 之 一 的 小 研 平 器 将 浸 湿 的 抛 光 粉 研 平 直 到 有 清 晰 的 光 津 出 现 如 果 工 件 直 么 小, 则 把 光 这 零 件 放 在 抛 光 模 中 心, 并 用 一 只 手 住 ; 如 果 工 件 直 么 大, 则 用 两 手 抓 住 整 个 操 作 过 程 中, 各 操 作 者 经 常 有 扬 不 同, 有 的 欢 喜 一 只 因 定 椿 柱 加 工 零 件 ; 而 另 一 些 则 欢 喜 在 困 定 椿 柱 上 装 一 个 小 轴, 用 一 只 手 加 手 加 工 光 学 零 件, 而 用 另 一 只 手 旋 转 转 轴, 这 是 一 种 流 行 的 方 法 因 为 加 工 零 件 时, 操 作 人 员 可 以 坐 着 另 一 种 不 同 的 方 法 是 慢 慢 旋 转 抛 光 机 的 主 轴 ( 即 1r/min), 用 两 手 抓 住 工 件 加 工 第 21 页

49 第 三 章 手 工 抛 光 如 果 光 学 表 面 是 凹 的, 则 工 件 穿 过 模 直 径 一 半, 以 每 秒 三 个 动 程 速 率 按 z 字 形 运 动, 然 后 再 反 向 运 动, 光 学 零 件 上 压 力 是 变 化 的 如 果 光 学 表 面 有 两 个 波 长, 有 时 从 抛 光 模 上 取 下 光 学 零 件 停 抛 一 下 是 一 种 好 办 法 抛 光 时, 操 作 者 要 保 持 两 个 工 作 表 面 的 附 着 力 及 内 聚 力 加 工 凸 面 需 要 用 不 同 的 方 法 压 板 面 形 通 常 仅 凸 1 个 波 长, 将 抛 光 模 压 出 凹 的 面 形 抛 光 模 压 形 以 后, 在 抛 光 模 中 心 开 出 小 孔, 并 在 两 个 方 向 上 划 槽, 构 成 一 毓 正 方 形 用 一 只 小 研 碎 器, 在 湿 抛 光 粉 上 工 作, 使 它 保 持 一 定 的 平 面 性, 决 不 允 许 存 在 太 大 的 象 散 或 变 凸 研 平 器 必 须 在 凸 2 个 波 长 的 平 模 上 进 行 抛 光 粉 研 碎 以 后, 抛 光 模 具 有 和 的 光 泽 用 大 约 2 的 压 力 加 工 光 学 零 件, 穿 过 孔 径 的 z 字 形 动 程, 频 率 为 5 次 每 秒 有 些 操 作 者 欢 喜 用 海 棉 除 去 所 有 研 碎 的 散 料 抛 光 粉 然 后 在 抛 光 前 在 抛 光 模 上 滴 几 滴 水, 因 而 可 保 持 边 缘 不 塌 边 如 果 边 缘 边, 则 可 将 散 粒 抛 光 粉 保 留 在 抛 光 模 上 正 如 早 已 指 出 的, 象 散 曲 面 是 抛 光 中 常 出 现 的 学 学 表 面 还 有 一 种 称 之 为 马 鞍 形 面, 因 为 在 一 个 方 向 上 为 凸 面 ; 而 在 另 一 个 方 向 上, 则 是 凹 的 应 找 出 最 高 点 的 位 置, 在 该 区 域 上 使 用 最 大 压 力, 并 需 用 缓 慢 的 z 字 动 程 通 常 接 近 边 缘 的 四 个 角 上 总 有 凸 包 存 在 除 去 这 种 凸 包 是 困 难 的, 只 能 用 大 姆 指 及 中 指 局 部 修 整 法 对 这 种 凸 包 作 仔 细 的 个 别 修 饰 在 抛 光 模 重 新 工 作 以 前, 操 作 者 对 光 学 表 面 缺 陷 作 仔 细 观 是 很 重 要 的 若 光 学 表 面 有 四 分 之 一 波 长 或 更 少 误 差 时, 则 会 出 现 两 种 或 更 多 种 的 表 面 缺 陷 如 果 表 面 凸 2-3 个 波 长, 则 立 即 可 判 断, 不 必 再 等 待 光 学 零 件 发 散 完 它 所 吸 收 的 热, 凸 的 表 面 总 是 比 凹 的 表 面 变 平 的 程 度 差 一 些 加 工 下 班 或 晶 体 需 要 特 殊 的 夹 具 因 为 由 于 抛 光 热 产 生 更 大 的 表 面 面 形 变 化, 这 点 我 们 没 有 讨 论 而 特 殊 夹 具 主 要 用 来 防 止 光 学 零 件 吸 收 潜 热 塑 料 夹 具 与 薄 片 状 光 学 材 料 间 必 须 夹 进 一 块 橡 皮 垫 块 ( 见 图 3.6) 感 谢 石 英 与 下 班 制 造 棱 镜 及 单 个 制 造 的 薄 片, 通 常 要 着 手 套 零 件, 全 程 铊 从 手 上 吸 收 的 热 量 图 3.6 为 减 少 手 抛 光 潜 热, 抛 光 薄 型 光 达 到 最 小 学 晶 体 平 面 时 采 用 多 层 结 构 夹 具 第 22 页

50 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 首 先 是 从 浮 在 水 面 的 博 层 油 膜 上 观 察 到 干 涉 彩 色 带, 美 国 的 光 学 工 作 者 通 常 称 他 为 条 纹, 而 在 英 国 则 称 它 为 牛 顿 环 或 环 带 有 两 个 光 学 面 的 球 面 样 板 放 在 透 镜 上, 便 产 生 条 纹 干 涉 条 纹 象 浮 在 水 面 上 的 油 层 一 样, 在 透 镜 表 面 上 扩 展 开 来 本 章 讨 论 用 干 涉 条 纹 对 平 面 进 行 检 测 这 类 检 测 颇 为 困 难, 因 为 玻 璃 表 面 在 手 工 抛 光 时 会 产 生 各 种 带 区 误 差 仔 细 地 分 析 工 件, 并 了 解 工 件 的 表 面 状 态 对 操 作 者 来 说 是 很 重 要 的 一 般 光 学 表 面 上 有 两 种 明 显 的 误 差, 应 寻 找 最 差, 并 首 先 修 正 最 高 的 带 差 1 仪 器 光 学 车 间 里 要 用 到 多 种 反 射 型 观 察 器 最 通 用 的 是 直 接 反 射 观 察 器, 主 要 部 分 由 这 样 置 于 黑 箱 中 的 反 射 平 板 玻 璃 主 成 不 带 罩 的 荧 光 管 放 在 高 级 皮 纸 或 纸 薄 膜 ( 见 图 4.1), 可 以 在 大 于 十 倍 工 件 直 径 的 距 离 处 检 验 工 件 对 于 直 径 7 10in 的 大 尺 寸 3 工 件 的 正 确 观 察 距 离 应 位 于 离 条 纹 15 倍 直 径 以 上 的 地 方 现 在 许 多 光 学 车 间 用 平 面 干 涉 仪 检 验 光 学 平 面 工 件 这 类 仪 器 的 投 资 会 很 快 得 到 效 益 光 学 抛 光 面 不 会 因 戳 伤 擦 伤 划 伤 而 损 坏, 因 为 学 平 晶 不 直 接 接 触 工 件, 因 而 也 无 法 定 出 接 触 点 只 要 压 一 下 目 镜, 在 两 个 平 面 间 的 光 和 就 缩 短 了 水 总 是 向 低 处 流, 干 涉 条 纹 也 是 这 样, 所 以 很 容 易 定 出 凸 面 的 发 散 点 和 凹 面 的 会 聚 点 让 我 们 了 解 一 下 检 验 光 学 平 面 的 干 涉 计 量 法 的 一 些 情 况 车 间 平 晶 可 以 周 期 性 地 用 一 块 标 准 平 晶 进 行 检 验, 车 间 必 须 适 用 于 检 验 不 同 大 小 学 平 面 工 件 的 各 种 尺 寸 与 重 量 的 车 间 平 晶 用 大 平 晶 检 验 小 型 棱 镜 和 其 它 小 型 工 件 是 图 4-1 不 适 宜 的 2 干 涉 条 纹 的 判 读 判 断 平 面 是 的 还 是 的 必 须 遵 循 一 些 基 本 规 则 当 一 块 检 验 平 晶 置 于 另 一 块 平 面 上 时, 就 会 形 成 接 触 点 和 空 气 尖 劈 例 如 一 块 平 晶 放 在 圆 柱 形 表 面 或 马 鞍 形 玻 璃 表 面 上 形 成 两 个 接 触 点 ; 一 块 平 晶 放 在 上 在 面 中 央 形 成 一 个 接 触 点 两 个 表 面 间 的 空 气 尖 劈 的 厚 度 决 定 其 倾 斜 度 一 个 手 指 压 在 平 面 样 板 上 能 改 变 尖 劈 的 位 置, 一 个 手 指 压 地 平 面 样 板 上 能 改 变 尖 劈 的 位 置, 但 接 触 点 就 在 加 压 点 上 这 就 得 出 如 何 判 别 的 要 点 如 果 条 纹 曲 线 向 玻 璃 表 面 受 压 点 移 动, 它 就 是 面 或 低 的 同 理, 如 果 移 开 受 压 点, 就 是 面 或 高 的 每 一 个 受 压 点 都 可 检 验 工 件 ; 当 平 面 样 板 受 压 时, 条 纹 会 回 到 原 接 触 点 轻 微 的 面 或 其 它 不 规 则 性 的 出 现 会 产 生 不 同 的 条 纹 图 形 明 显 的 玻 璃 表 面 带 区 误 差 有 如 图 所 示, 显 然, 带 区 误 差 可 以 出 现 在 任 何 直 径 上, 这 些 典 型 的 球 形 条 纹 图 形 仅 仅 是 代 表 性 的 例 子 把 样 板 放 在 光 学 表 面 上 时, 要 注 意 以 下 几 点 : 表 面 要 用 柔 软 而 光 滑 的 毛 巾 擦 净, 然 后 用 毛 第 23 页

51 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 刷 除 去 大 尘 粒 和 毛 巾 纤 维 物, 再 把 样 板 并 轻 轻 放 上, 以 防 意 外 事 故 图 4-2 其 它 一 些 不 同 的 条 纹 图 形 见 图, 有 一 种 是 既 有 面 又 有 面 的 球 形 象 散 表 面 这 种 表 面 大 部 分 图 4-3 是 由 于 在 抛 光 模 上 修 正 棱 镜 的 角 度 时 施 力 集 中 于 一 点 而 产 生 的 图 4-4 另 一 种 象 散 表 面 是 马 鞍 形, 它 常 在 薄 型 未 然 学 平 面 和 球 面 工 件 上 产 生 这 时 是 指 有 两 个 或 第 24 页

52 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 四 个 接 触 点 或 高 边 如 果 有 两 个 接 触 点, 一 处 是 面 另 一 处 是 面 ( 常 见 于 矩 形 工 件 ) 如 果 两 个 或 四 个 接 触 点 位 于 工 件 边 角, 则 可 观 察 到 图 中 的 图 形 3 平 面 干 涉 仪 的 使 用 平 面 干 涉 仪 是 一 种 用 来 测 试 诸 如 抛 光 晶 体 玻 璃 和 抛 光 金 属 表 面 平 面 性 的 光 学 仪 器 它 也 可 用 于 检 验 平 行 平 面 的 平 行 度 在 标 准 参 考 样 板 和 工 件 表 面 间 没 有 实 际 的 接 触, 这 就 免 除 了 昂 贵 学 学 样 板 的 使 用 与 移 动 损 耗 这 种 分 离 式 的 测 试 方 法 也 避 免 了 在 工 件 表 面 上 出 现 压 痕 与 擦 伤 平 面 干 涉 仪 的 光 源 是 由 舌 簧 式 水 银 灯 分 滤 出 的 波 长 为 5460A 戴 威 逊 D-305 型 干 涉 仪 见 图 4-5 图 4-5 干 涉 仪 尺 寸 范 围 直 径 为 2-12in 图 4-6 是 一 种 简 单 价 廉 的 平 面 干 涉 仪 平 透 镜 的 材 料 是 经 过 精 选 的 无 条 纹 的 玻 璃 陶 瓷 或 石 英 如 果 只 有 细 小 条 纹 进 入 观 察 视 野, 则 可 忽 略 之 透 镜 焦 比 大 约 为 f/6.0 其 光 路 一 块 图 4-6 或 两 块 光 学 平 面 反 射 镜 折 叠 组 成 一 种 紧 凑 的 系 统 4 教 学 上 使 用 的 检 测 面 形 的 莫 尔 条 纹 学 习 如 何 根 据 干 涉 条 纹 判 断 表 面 质 量 对 于 初 学 的 学 学 技 术 人 员 来 说 是 有 一 定 困 难 众 所 周 知, 单 色 光 源 在 两 个 平 面 或 互 配 的 两 个 球 面 上 将 产 生 牛 顿 环 和 干 涉 条 纹 而 非 光 学 元 件 用 一 个 简 单 的 光 学 装 置 可 以 获 得 莫 尔 条 纹 图 4-7 为 罗 契 光 栅 测 量 表 面 面 形 的 简 单 结 构 图, 即 在 打 开 的 书 的 不 同 倾 斜 可 以 看 到, 面 第 25 页

53 第 四 章 平 面 和 球 面 样 板 的 检 验 的 倾 斜 区 在 书 脊 下, 面 倾 斜 区 在 翻 动 书 的 一 边 非 接 触 的 光 学 方 法 产 生 莫 尔 条 纹 的 应 用 为 物 理 实 验 室 提 供 了 一 个 向 学 生 演 示 光 干 涉 的 某 些 性 质 的 实 验 装 置 中 观 察 到 的 莫 尔 条 纹 是 由 直 线 型 罗 契 光 栅 检 验 圆 柱 偏 斜 而 形 成, 圆 型 莫 尔 条 纹 与 牛 顿 环 相 似, 它 由 圆 光 栅 检 验 带 有 象 散 形 状 的 圆 型 轮 廓 所 形 成 对 于 位 置 1, 罗 契 光 栅 放 在 书 脊 附 近 明 显 的 面 上, 用 铅 笔 的 橡 皮 头 压 在 光 栅 中 心, 手 指 施 加 压 力, 随 着 光 栅 受 力 的 增 加, 正 象 水 向 下 流 一 样, 条 纹 向 光 栅 边 缘 移 动 ; 对 于 位 置 2, 罗 契 光 栅 放 在 翻 动 处 附 近 的 面 上, 可 以 观 察 一 随 着 该 光 栅 中 心 受 力 的 增 加, 面 条 纹 移 向 中 心 还 可 以 用 另 一 种 方 法 来 判 断 平 晶 或 球 面 样 板 在 表 面 上 构 成 的 条 纹 这 种 方 法 观 察 者 要 上 下 摆 动 自 己 的 头, 对 于 面, 头 向 下 摆, 条 纹 向 内 移 动, 即 向 光 栅 中 心 移 动 ; 头 向 上 摆, 条 纹 向 外 移 动 对 于 面 则 相 反 在 此 光 程 的 增 减 实 际 上 是 由 于 改 变 了 观 察 点 在 白 光 下 很 难 观 察 到 莫 尔 条 纹 的 移 动 在 单 色 光 下 能 形 成 较 细 的 条 纹, 容 易 观 察 到 它 的 移 动 这 也 许 是 第 一 个 在 单 色 光 下 将 莫 尔 条 纹 牛 顿 环 或 观 察 点 的 变 化 联 系 在 一 起 的 实 验 图 4-7 习 题 : 1 制 作 一 块 直 径 2in 厚 度 1/6in 的 派 勒 克 斯 玻 璃 平 板 一 面 抛 光 到 优 于 一 个 条 纹, 另 一 面 抛 光 到 优 于 1/10 波 长 ; 表 面 不 规 则 程 度 应 小 于 1/20 波 长 2 制 作 一 块 矩 形 平 板, 长 度 为 宽 度 的 两 倍, 厚 度 为 宽 度 的 1/10 一 个 面 抛 光 到 优 于 一 条 条 纹 ; 另 一 面 抛 光 到 优 于 1/10 条 条 纹 ; 不 规 则 程 度 小 于 1/ 20 条 纹 3 指 出 平 面 干 涉 仪 与 标 准 样 板 比 较 的 四 个 优 点 4 在 大 型 光 学 样 板 ( 平 晶 ) 上 观 看 少 于 五 光 圈 的 条 纹 时 会 在 什 么 现 象? 第 26 页

54 第 五 章 玻 璃 的 均 匀 性 检 验 第 五 章 玻 璃 均 匀 性 的 检 验 光 学 元 件 的 玻 璃 均 匀 性 检 验 是 一 种 基 本 检 验, 因 为 大 的 不 均 匀 性 无 法 在 光 学 抛 修 中 消 除 操 作 者 必 须 了 解 他 所 加 工 的 玻 璃 即 使 玻 璃 均 匀 性 符 合 MIL174-A 的 指 标 有 时 仍 不 能 满 足 要 求, 所 以 要 用 一 种 简 单 方 法 进 行 检 验 本 章 中, 叙 述 玻 璃 均 匀 性 的 检 验 方 法 分 为 三 部 分 : 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 激 光 干 涉 仪 和 巴 比 特 裣 干 涉 仪 在 检 验 玻 璃 时 应 制 成 具 有 一 定 精 确 度 的 平 行 平 南, 其 精 度 必 须 达 到 可 以 同 时 观 察 到 透 射 条 纹 和 反 射 条 纹, 也 就 是 就 试 件 平 行 度 必 须 在 20 以 内 在 此 将 讨 论 三 类 干 涉 仪 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 系 利 用 两 个 球 面 镜 ( 曲 率 半 径 接 近 相 等 ), 球 面 的 曲 率 半 径 对 就 被 检 玻 璃 的 厚 度 符 合 穆 翟 激 光 干 涉 仪 使 用 f/8 的 抛 物 面 镜 另 一 类 干 涉 仪, 即 巴 比 特 补 偿 器, 基 本 用 途 是 测 量 玻 璃 中 的 应 力 1. 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 由 于 气 泡 室 风 洞 和 大 型 天 文 望 远 镜 的 出 现, 需 要 高 均 匀 性 的 大 块 厚 玻 璃 有 的 玻 璃 直 径 为 150cm, 厚 度 16cm 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 提 供 了 一 种 低 耗 费 的 检 验 玻 璃 均 匀 性 的 方 法 这 种 仪 器 也 可 用 于 检 验 平 行 平 面 的 平 行 度, 并 为 制 造 分 光 板 提 供 了 一 种 检 验 方 法 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 的 光 学 系 统 简 单, 在 大 多 数 光 学 车 间 或 实 验 室 里 都 可 找 到 零 件 或 自 行 制 造, 其 光 学 原 理 见 图 5-1 两 块 球 面 镜 的 球 面 性 为 1/32 波 长, 并 有 相 同 的 曲 率 半 径 和 直 径, 其 镜 面 互 成 90 放 置, 其 中 一 击 剑 安 装 在 导 轨 上, 以 便 对 固 定 球 面 镜 作 调 整 在 一 般 的 光 学 车 间 中, 球 面 镜 直 径 为 30.7cm 曲 率 半 径 为 310cm( 曲 率 半 径 可 以 在 50mm 范 围 内 变 化 ) 这 种 仪 器 适 用 于 厚 度 为 5~200mm 的 玻 璃 对 于 厚 度 大 于 200mmr 玻 璃, 要 求 R/D 为 14 图 5-1 在 三 脚 架 上 放 置 一 块 小 型 分 束 器, 并 大 致 处 于 两 块 球 面 镜 的 半 径 夹 角 内 因 为 这 是 等 光 程 干 涉 仪, 接 近 等 厚 玻 璃 的 补 偿 器 须 放 置 在 靠 近 分 束 器 处, 由 于 光 束 锥 角 很 小 所 以 实 质 上 不 会 对 结 果 产 生 什 么 影 响, 仪 器 光 源 需 要 0.2mm 直 径 的 针 孔 和 舌 簧 式 水 银 灯 其 中 一 块 反 射 镜 须 镀 分 光 铝 膜, 另 一 块 可 以 不 镀 膜 干 涉 仪 的 调 试 要 求 较 高, 在 安 放 被 检 样 品 ( 平 行 平 面 零 件 ) 和 补 偿 品 前 必 须 先 调 零 两 块 球 面 镜 要 调 到 可 以 在 分 束 器 中 观 察 到 反 射 象, 然 后 使 象 重 叠 首 先 有 小 的 圆 条 纹 出 现, 随 着 可 调 球 面 镜 的 调 整, 圆 条 纹 由 小 变 大, 直 到 可 图 5-2 以 观 察 为 止 当 出 现 间 隔 大 约 为 1in 等 间 距 的 直 条 纹 时, 则 把 被 检 样 品 和 补 偿 器 安 放 在 各 自 第 27 页

55 第 五 章 玻 璃 的 均 匀 性 检 验 的 位 置 上 由 于 玻 璃 厚 度 不 均 匀 或 与 补 偿 器 的 楔 角 不 同, 通 常 仍 需 作 进 一 步 调 试 与 所 有 长 干 涉 仪 一 样, 扰 动 的 空 气 流 会 影 响 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 为 此, 可 将 仪 器 封 闭 在 硬 纸 板 制 的 隔 离 罩 中, 或 者 将 球 面 镜 的 R/D 值 缩 小, 使 仪 器 结 构 按 比 例 缩 短 例 如, 如 果 玻 璃 厚 度 小 于 25mm, 则 R/D 值 可 取 7 检 验 的 均 匀 性 样 品 玻 璃, 其 粗 抛 光 平 面 的 平 行 度 必 须 达 到 20 并 使 150mm 直 径 区 域 内 达 到 不 超 过 一 个 波 长 的 表 面 精 度 因 为 还 要 检 验 被 检 样 品 的 菲 索 反 射 条 纹, 所 有 的 玻 璃 样 品 应 靠 近 镀 膜 反 射 镜, 这 个 问 题 在 下 一 节 将 仔 细 地 讨 论 玻 璃 补 偿 器 放 置 在 靠 近 分 束 器 处, 并 与 玻 璃 样 品 厚 度 相 当 可 调 反 射 镜 架 和 分 束 器 一 样, 也 要 进 一 步 调 试, 以 使 两 块 反 射 镜 的 反 射 象 相 互 重 叠 当 观 察 到 圆 条 纹 时, 可 调 反 射 镜 沿 着 轴 向 调 试, 使 条 纹 间 隔 增 加 这 才 是 正 确 的 调 试 方 向 移 动 可 调 反 射 镜, 使 条 纹 间 隔 大 约 为 1 英 寸. 如 果 被 检 样 品 均 匀, 则 条 纹 应 是 平 行 等 距 工 透 射 条 纹 可 能 会 因 穿 过 光 路 中 的 空 气 流 而 发 生 飘 动 现 在 我 们 对 玻 璃 的 均 匀 性 作 定 性 的 快 速 检 测 先 找 出 间 隔 为 1 英 寸 的 平 行 条 纹 的 区 域 ( 见 图 5.2 所 示 图 案 ) 并 用 软 钢 笔 标 出, 再 用 在 水 平 面 内 移 动 条 纹 的 办 法 检 查 一 遍, 圈 出 不 均 匀 区 间 检 测 时 条 纹 会 象 打 开 水 龙 头 的 水 一 样 溢 出 一 些 玻 璃 疵 病 可 参 阅 图 5.3 和 图 5.4 虽 然 某 些 有 疵 病 的 玻 璃 不 能 制 作 棱 镜, 但 可 用 于 制 作 其 他 用 途 的 光 学 零 件 图 5-3 图 穆 翟 干 涉 仪 穆 翟 干 涉 仪 是 大 型 干 涉 系 统 中 价 格 最 便 宜 的 一 种 图 5.2 所 示 为 牛 顿 准 直 仪, 它 是 由 一 块 30cm 焦 比 为 f/4.0 的 抛 物 面 反 射 镜 和 低 功 率 可 同 激 光 光 源 ( 大 约 0.5mw) 及 10 倍 或 20 倍 显 微 镜 组 成 的 准 直 仪,0.25in 抛 光 轴 承 滚 珠 可 以 代 替 显 微 物 镜, 如 图 5-2 虚 线 所 示 ( 出 可 见 第 二 十 章 ) 当 没 不 楔 角 或 略 微 有 些 楔 角 的 平 行 平 板 置 于 平 行 光 中 即 准 直 光 束 中 时, 就 会 投 影 出 对 f/4.0 的 抛 物 面 反 射 镜 和 低 功 率 可 见 激 光 光 源 ( 大 约 0.5mw) 及 10 倍 或 20 倍 显 微 物 镜, 如 图 5-2 虚 线 所 示 ( 也 可 见 第 二 十 章 ) 当 没 有 楔 角 或 略 微 有 些 楔 角 的 平 行 板 置 于 平 行 光 中 即 准 直 光 束 中 时, 就 会 投 影 出 对 f/4.0 焦 比 的 抛 物 镜 校 正 球 差 的 横 向 切 变 干 涉 图 这 是 一 类 有 多 种 用 途 的 干 涉 仪 因 为 准 直 光 束 中 的 元 件 稍 加 改 变 和 重 新 配 置 就 可 用 干 涉 法 检 验 平 行 平 面 透 镜 等 由 于 人 们 对 光 学 玻 璃 和 晶 体 均 匀 性 的 检 验 感 兴 趣, 使 这 种 干 涉 仪 得 到 了 广 泛 的 应 用 2.1 条 纹 条 纹 就 是 脉 纹 或 纹 路, 其 折 射 率 与 周 转 玻 璃 不 同 这 便 于 仔 细 观 察, 在 横 向 切 变 干 涉 图 纺 图 见 图 5.3 如 果 被 检 的 玻 璃 样 品 未 能 经 抛 光, 可 将 两 块 已 抛 光 过 的 平 行 平 面 板 用 匹 配 的 折 射 液 粘 附 在 样 品 的 两 个 细 磨 表 面 上 各 种 折 射 率 的 匹 配 折 射 液 可 以 买 到 或 自 行 配 制, 平 行 平 面 板 的 平 行 度 必 须 优 于 10, 两 面 都 抛 光 到 优 于 1/4 光 圈 的 质 量, 并 进 行 条 纹 度 检 验 因 为 粗 条 纹 在 成 象 系 统 中 会 引 起 明 显 的 光 斑, 而 许 多 细 而 模 糊 的 条 纹 可 能 产 生 光 散 射 并 使 象 不 清 晰, 所 经 棱 镜 选 料 时 要 切 除 这 些 粗 条 纹 也 可 用 类 似 方 法 对 样 品 进 行 刀 口, 大 型 窗 口 用 刀 口 检 验 可 以 判 断 脉 纹 般 的 条 纹 是 否 沿 着 玻 璃 毛 坯 横 断 面 方 向 延 伸, 如 果 条 纹 出 现 在 垂 直 方 向 或 成 锯 齿 形, 则 应 放 第 28 页

56 弃 这 块 玻 璃 或 晶 体 基 础 光 学 工 艺 第 五 章 玻 璃 的 均 匀 性 检 验 2.2 气 泡 如 果 气 泡 的 大 小 或 数 量 不 致 辞 在 光 学 系 统 中 发 散 相 当 一 部 分 光 线, 一 般 是 可 以 忽 略 的, 然 而, 有 时 大 的 气 泡 或 气 泡 群 会 使 这 部 分 玻 璃 无 法 采 用 2.3 结 石 结 石 就 是 玻 璃 中 不 溶 解 的 微 小 粒 子, 它 们 可 能 是 原 混 合 物 的 一 部 分, 但 通 常 是 搅 动 棒 或 坩 锅 在 熔 化 玻 璃 原 料 时 掉 下 的 小 碎 片 除 了 结 石 不 能 与 玻 璃 混 合 外, 有 时 因 它 在 玻 璃 中 的 部 分 熔 解 而 留 下 彗 星 尾 迹 气 泡 和 结 石 可 以 目 视 出, 在 被 检 样 品 的 两 个 细 磨 表 面 上 涂 上 匹 配 折 射 油, 然 后 将 其 放 在 显 微 照 明 灯 下 检 查 即 可 2.4 应 力 应 力 不 易 用 穆 翟 干 涉 仪 检 查 出 来, 较 好 的 办 法 是 对 置 于 毛 玻 璃 下 的 被 检 榇 品 用 正 交 偏 振 片 来 检 查, 随 着 偏 振 片 的 旋 转, 光 强 逐 渐 均 匀 地 减 弱, 这 样 就 可 查 出 玻 璃 或 晶 体 内 是 否 存 在 应 力 应 力 严 重 的 玻 璃 或 晶 体 形 成 马 尔 泰 斯 交 叉 图 形 用 树 脂 胶 合 剂 连 接 时 常 产 生 应 力 我 回 想 起 在 某 一 项 导 弹 工 程 中, 制 作 一 个 小 型 光 学 导 向 系 统 时 所 碰 到 的 困 难 卡 塞 格 林 望 远 镜 的 副 镜 系 统 是 8 倍 后 发 现 连 接 两 块 透 镜, 经 过 样 板 重 新 检 验 后 发 现 连 接 两 块 透 镜 的 树 脂 胶 合 剂 使 球 面 发 生 了 变 形 应 力 图 形 是 马 尔 他 斯 交 叉 图 表 面 有 4 条 条 纹 的 象 散, 而 胶 合 前 只 在 1/8 条 纹! 注 意 图 5-2 中 投 影 在 墙 上 的 横 向 切 变 条 纹 和 在 样 品 背 后 的 菲 索 干 涉 条 纹 的 形 成, 并 按 实 际 尺 寸 拍 下 或 画 下 条 纹 的 轮 廓 和 结 石 气 泡 条 纹 的 方 位, 还 要 数 好 菲 索 条 纹 数 ( 每 英 寸 1 条 条 纹 相 当 于 1.5 ) 2.5 其 它 不 均 匀 性 有 时 样 品 的 条 纹 图 形 中 显 示 出 微 小 的 不 规 则, 但 将 其 放 入 准 直 激 光 束 中 却 并 不 移 动, 这 些 不 规 则 条 纹 不 是 由 于 未 校 正 抛 物 面 的 带 区 象 差, 而 是 由 于 被 检 样 品 中 存 在 微 小 的 非 均 匀 区 域 之 故, 当 光 学 样 品 移 动 时, 宏 观 世 界 们 仍 然 固 定 在 各 自 的 区 域 中 大 多 数 光 学 晶 体 是 围 绕 一 粒 晶 籽 四 周 生 长 出 来 的 就 象 投 石 落 水 时 所 激 起 的 波 纹 一 样, 晶 体 也 按 圆 形 波 列 聚 集 在 一 起 有 些 如 水 晶 和 这 类 晶 体 材 料, 因 生 长 时 偏 离 晶 籽 中 心, 而 产 生 偏 心 的 不 均 匀 圆 波 列 图 5-4 是 根 据 一 张 光 学 石 英 窗 用 R/D 为 15 的 球 面 镜 进 行 了 刀 口 检 验 如 果 这 个 圆 环 系 统 有 一 个 固 定 的 中 心, 并 且 环 数 很 少 的 话 ( 石 英 中 每 一 环 可 有 正 负 10-6 折 射 率 的 变 化 ), 则 透 镜 或 校 正 板 的 象 质 变 劣 程 度 将 是 极 小 的 一 些 大 口 径 透 镜 的 球 面 可 能 需 要 作 局 部 抛 修 必 须 指 出, 在 使 用 穆 翟 干 涉 仪 时 由 于 窗 口 的 检 测 位 置 在 准 直 光 束 中 处 于 45 方 位, 使 之 可 以 检 验 比 干 涉 仪 直 径 大 1.4 倍 的 窗 口 巴 比 特 补 偿 干 涉 仪 利 用 偏 振 的 巴 比 特 补 偿 仪 器 可 用 来 测 量 应 力 若 插 入 窄 带 滤 波 器 并 改 变 光 源, 它 就 可 改 装 成 勒 洛 威 尔 型 偏 振 干 涉 仪 该 仪 器 还 具 有 测 量 每 种 波 攻 轴 向 色 差 ( ) 的 附 加 用 途 ( 是 对 预 定 波 长 的 焦 距 变 化 ) 此 类 仪 器 易 于 装 配 成 任 何 一 种 巴 比 特 应 力 测 试 设 备 图 5-5 是 装 配 成 的 这 种 仪 器 它 由 两 块 玻 璃 偏 振 片 和 一 个 用 舌 簧 式 水 银 灯 源 照 明 的 针 孔 及 一 只 直 角 棱 镜 组 成 一 块 带 有 5mm 小 缝 的 12mm 正 方 形 偏 振 片 胶 合 于 仪 器 装 配 后 的 棱 镜 入 射 面 上, 带 有 0 1mm 针 孔 的 小 型 舌 簧 式 水 银 休 光 源 必 须 放 置 于 离 胶 合 棱 镜 2mm 处, 以 减 少 舌 簧 式 灯 散 发 出 的 热 量 影 响 在 巴 比 特 补 偿 器 中 可 滑 动 的 晶 体 楔 板 的 作 用 与 勒 洛 威 尔 偏 振 干 涉 仪 中 的 渥 莱 斯 登 棱 镜 的 作 用 相 似 应 用 泰 曼 佩 里 方 法 可 以 利 用 巴 比 特 补 偿 器 定 性 或 定 量 地 测 量 玻 璃 和 晶 体 材 料 的 第 29 页

57 第 五 章 玻 璃 的 均 匀 性 检 验 均 匀 性 这 种 测 量 是 根 据 条 纹 图 形 中 观 察 到 的 双 光 程 差 来 实 现 的 用 穆 翟 方 法 可 测 量 折 射 率 为 10-7 级 的 变 化, 可 以 在 球 面 镜 中 观 察 到 1/20 波 长 ( 一 个 波 长 为 mm). 球 面 镜 的 面 形 必 须 有 优 于 1/32 波 长 的 质 量, 对 于 厚 度 小 于 62mm 的 玻 璃, 球 面 镜 的 R/D 值 为 10; 对 于 厚 度 大 于 200mm 的 玻 璃 为 14 R/D 为 14 的 球 面 镜 也 可 以 用 于 检 验 校 薄 的 样 品 如 果 样 品 直 径 较 小, 覆 盖 比 率 将 满 足 R/D 的 要 求 将 已 达 到 条 纹 检 查 质 量 要 求 的 平 行 平 板 用 匹 配 折 射 率 油 粘 贴 到 被 检 样 品 上, 就 可 以 检 查 细 磨 样 品 的 均 匀 性 如 果 没 有 高 质 量 的 平 板, 可 换 用 盖 玻 扯 将 盖 玻 片 用 匹 配 油 粘 贴 在 样 品 上 后 再 进 行 检 验 ( 在 干 涉 仪 上 检 验 盖 玻 片 的 质 量, 画 下 其 干 涉 图 是 个 好 办 法 ) 图 5-5 若 在 球 面 镜 的 1/2 半 径 处 移 动 被 检 样 品, 就 可 用 这 台 仪 器 观 察 到 菲 索 条 纹 ( 见 图 5-6), 但 应 在 离 轴 位 置 上 观 察 图 5-6 图 5-7 重 要 的 是 巴 比 特 干 涉 仪 可 以 提 供 横 向 切 变 干 涉 图, 并 可 用 于 检 验 自 准 直 透 镜 系 统 正 如 已 指 出 的 那 样, 本 仪 器 还 可 以 测 量 轴 向 色 差 图 5-7 便 是 抛 修 主 镜 或 校 正 透 镜 时 利 用 该 仪 器 检 验 的 马 克 苏 多 夫 望 远 镜 系 统 习 题 : 1 写 出 本 章 所 讨 论 的 三 种 形 成 干 涉 仪 名 称, 哪 一 种 是 最 简 单 的 装 置? 2 在 干 涉 仪 中 观 察 到 什 么 样 的 干 涉 条 纹 是 由 光 学 透 明 材 料 中 结 石 条 纹 引 起 的? 3 干 涉 仪 分 光 板 的 哪 种 条 纹 必 须 修 抛 成 直 条 纹? 4 细 磨 的 玻 璃 毛 坯 如 何 检 验 均 匀 性? 5 若 在 4in 直 径 的 BK7 玻 璃 块 上 有 4 条 条 纹, 则 其 楔 角 为 多 少? 第 30 页

58 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 第 二 篇 棱 镜 和 透 镜 的 制 造 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 自 准 直 仪 的 结 构 与 望 远 镜 相 似, 有 离 轴 和 共 轴 两 种 类 型 离 轴 型 亮 度 比 较 强, 因 而 比 共 轴 型 使 用 更 为 广 泛 离 轴 自 准 直 仪 将 被 光 线 照 亮 的 棱 镜 刻 标 尺 线 投 影 到 物 镜 上, 由 平 面 镜 将 物 镜 出 射 光 线 反 射 到 目 镜, 以 供 观 察 这 种 仪 器 通 常 装 有 高 倍 目 镜 和 十 字 丝 图 6.1 是 一 种 折 射 型 离 轴 自 准 直 仪 明 亮 的 光 源 通 过 一 组 小 型 聚 光 系 统 照 射 棱 镜 标 尺, 该 标 尺 安 装 在 光 轴 附 近, 一 半 镀 铝, 另 一 半 没 有 镀 层 共 轴 自 准 直 仪 如 图 6.2 所 示 : 照 亮 的 标 尺 由 一 块 安 装 成 45 的 半 透 膜 薄 板 反 射 到 光 轴 上 可 见 共 轴 型 自 准 直 仪 的 光 源 要 比 离 轴 型 光 源 强 图 6.1 离 轴 型 照 明 标 尺 的 典 型 自 准 直 仪 的 光 学 系 统 图 6.2 具 有 半 镀 铝 膜 板 的 共 轴 自 准 直 仪 的 设 计 方 案 ( 采 用 亮 视 场 ) 英 国 希 尔 格 一 瓦 兹 (Hilger-Watts) 公 司 制 造 的 自 准 直 测 仪 ( 如 图 6.3) 是 使 用 最 广 泛 的 一 种 自 准 直 仪 物 镜 口 径 为 1.2in, 焦 距 为 17in 其 中 TA-121 型 仪 器 装 有 一 个 可 读 到 0.5 的 测 微 鼓 轮 但 因 棱 镜 的 自 准 直 象 太 暗 以 致 很 难 观 察, 因 而, 并 不 实 用 TA-130 型 有 明 亮 的 视 场, 从 而 克 服 了 难 以 观 察 自 准 直 象 的 困 难 然 而, 对 于 棱 镜 内 角 的 自 准 直, 在 明 视 场 上 用 黑 线 的 自 准 直 仪 是 不 适 用 的 第 31 页

59 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 1 准 直 仪 象 的 放 大 率 因 为 自 准 直 仪 与 望 远 镜 以 同 样 的 方 法 放 大 图 象, 所 以 有 必 要 了 解 放 大 率 及 其 有 关 的 原 理 这 部 分 主 要 讨 论 放 大 率 放 大 率 就 是 物 体 能 过 透 镜 所 成 象 的 尺 寸 的 增 大, 它 随 着 从 物 体 发 出 的 光 线 进 入 眼 睛 时 角 度 的 变 化 而 变 化 如 果 物 体 移 近 眼 睛, 尺 寸 就 显 得 大, 如 果 物 体 远 离 眼 睛, 尺 寸 就 显 得 小 同 一 物 体 通 过 望 远 镜 就 变 大 了, 是 因 为 望 远 镜 增 加 了 从 物 体 发 出 的 光 线 到 眼 睛 的 会 聚 角 这 时 物 体 的 视 在 尺 寸 决 定 于 望 远 镜 的 焦 距 或 放 大 率 物 体 距 离 眼 睛 10in 时, 称 为 单 位 放 大 率 或 1X 若 物 体 在 5in 处, 放 大 率 为 2X 可 见 放 大 率 仅 是 视 角 的 比 什 ( 见 图 6.4) 注 意 : 物 体 并 不 随 放 大 率 而 增 大, 只 是 看 上 去 放 大 了, 记 住 这 一 点 很 重 要 例 如 一 台 口 径 为 1.2in, 焦 距 为 15in 的 自 准 直 仪, 如 果 不 考 虑 目 镜, 望 远 镜 的 放 大 率 为 : M=A f /T f 图 6.3 希 尔 格 一 瓦 兹 自 准 直 测 角 仪 式 中 M 为 放 大 率 :Af 为 视 在 视 场 大 小 :T f 为 望 远 镜 的 实 际 视 场 大 小 这 样, 一 台 物 镜 焦 距 为 38.1 cm 的 自 准 直 仪, 放 大 率 为 38.1/25.4X. 图 6.4 放 大 率 1 X 时 物 体 的 明 视 距 离, 正 常 眼 为 10in, 虚 线 表 示 2X 时 物 体 的 距 离 为 5in 图 的 下 面 分 表 示 物 镜 对 放 大 物 体 ( 虚 线 ) 所 张 的 视 角 透 镜 的 实 际 分 极 限 为 4.56, 称 作 为 戴 韦 斯 (dawes) 极 限 物 镜 的 分 辨 率 为 4.56/d=s 式 中 d 为 物 镜 口 径, 单 位 是 英 寸 所 以 口 径 为 1.2in 的 物 镜, 分 辩 率 极 限 为 4.56/1.2=3.8 具 有 这 样 参 数 的 望 远 镜, 理 论 上 可 以 分 辨 到 3.8 秒 但 由 于 玻 璃 的 不 均 匀 性 及 所 观 察 棱 镜 表 面 的 局 部 误 差, 对 于 直 接 比 较 的 准 直 装 置, 分 辨 率 接 近 于 5 秒 不 过, 如 果 考 虑 放 大 率, 例 如 放 大 率 为 3 的 平 面 平 行 平 板 及 放 大 率 为 6 的 反 射 角 为 90 度 的 棱 镜 大 约 可 分 辨 到 1 秒 2. 自 准 直 仪 的 误 差 放 大 一 般 操 作 者 并 不 经 常 从 事 棱 镜 制 造, 因 而 容 易 忘 记 一 些 重 要 的 自 准 细 节 和 自 准 图 象 的 判 读 细 节 玻 璃 反 射 角 的 内 反 射 所 形 成 的 放 大 率 增 加 了 实 际 的 困 难 自 准 直 仪 检 验 平 行 平 板 的 放 大 倍 数 为 3 这 可 以 根 椐 斯 尔 (snell) 定 律 得 到, 反 射 放 大 率 为 2*1.5( 玻 璃 折 射 率 )=3 利 用 外 部 ( 空 气 角 或 光 程 ) 和 内 部 ( 玻 璃 反 射 角 ) 的 准 直 装 置 都 可 能 使 误 差 放 大 在 此 将 叙 述 第 32 页

60 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 这 类 装 置 由 外 自 准 直 方 法, 我 们 可 以 获 得 2* 或 4* 的 放 大 倍 数,2* 来 自 单 面 反 射,4* 来 自 两 次 反 射 而 棱 镜 的 内 准 进 涉 及 到 许 多 反 射 面, 放 大 倍 数 为 3*-8* 以 下 讨 论 自 准 进 过 程 及 所 观 察 到 的 与 实 际 玻 璃 角 度 误 差 有 关 的 角 度 误 差 第 一 个 例 子 如 图 6.5 所 示, 从 一 块 抛 光 过 的 玻 璃 平 面 进 行 反 射 本 例 的 反 射 象 角 度 等 于 入 射 象 角 度 因 为 属 于 外 自 准 进 装 置, 图 6.5 反 射 示 意 图 ( 角 度 I 等 于 角 度 r) 观 察 到 的 误 差 为 实 际 误 差 的 两 倍 考 虑 第 二 块 平 行 平 面 零 件 如 图 6.6 自 准 进 仪 调 整 到 以 法 线 方 向 入 射 于 表 面 上 的 视 准 线 将 按 原 光 路 反 射 以 形 成 一 个 象 另 一 路 光 线 法 向 入 射 于 玻 璃 块 投 射 到 后 表 面 上, 并 以 一 定 角 度 反 射, 再 经 前 表 面 折 射 使 偏 差 增 加 到 实 际 误 差 的 三 倍 图 象 b 和 c 中 分 离 的 直 线 表 示 了 玻 璃 的 角 度 误 差, 图 象 以 经 旋 转 而 变 为 b 3. 外 自 准 直 法 外 自 准 直 可 以 采 用 各 种 不 同 的 方 法, 例 如, 棱 镜 细 磨 时, 可 用 标 准 角 规 直 接 比 较 ( 图 6.7), 或 用 两 个 图 6.6 平 行 平 面 的 内 自 准 法 是 将 2e 误 差 放 大 3 倍 抛 光 表 面 的 外 自 准 直 方 法, 此 时 一 个 面 在 棱 镜 上 ( 通 常 为 参 考 面 ), 另 一 面 在 镀 铝 平 板 上 前 一 种 放 大 率 为 2*, 后 一 种 为 4* 若 棱 镜 表 面 公 仅 仅 细 磨 过, 则 可 以 将 镀 铝 平 板 湿 贴 在 细 磨 表 面 上 来 构 成 反 射 面 直 接 比 较 方 法 采 用 希 尔 格 一 互 兹 厂 制 造 的 ta 2 型 自 准 直 测 角 仪 ( 参 见 图 6.7 或 图 6.3) 这 种 测 角 仪 的 放 大 率 大 约 14* 并 可 以 藉 一 臂 之 长 方 便 地 将 棱 镜 放 置 在 稳 定 的 位 置 上 4. 棱 镜 组 合 反 射 角 的 检 测 本 章 介 绍 用 一 种 自 准 直 仪 检 测 各 类 棱 镜 组 合 玻 璃 反 射 的 方 法 制 造 五 角 棱 镜 时, 其 角 度 有 0.5 度 的 零 部 分, 似 乎 一 台 自 准 直 仪 并 不 够 用 图 6.14 表 示 出 使 用 带 有 22.5 度 的 五 角 棱 镜 ( 五 角 棱 镜 中 的 补 角 ) 只 要 把 棱 镜 从 上 蜡 尼 龙 球 上 取 下 来, 将 其 抛 光 参 考 面 对 准 自 准 直 仪, 便 可 检 查 90 度 尖 塔 角 自 准 直 仪 有 很 宽 的 角 度 调 整 范 围 - 从 垂 直 面 的 87 度 到 水 平 面 的 4 度, 因 此 可 以 用 外 自 准 直 法 滑 坡 量 90 度 - 尖 塔 角 细 磨 ` 修 正 玻 璃 角 度 误 差 时 如 何 决 定, 在 棱 镜 表 面 上 施 加 压 力 的 位 置 呢? 使 作 自 准 直 仪 时, 在 棱 镜 顶 部 加 压, 标 出 使 水 平 象 开 始 靠 拢 的 方 位 ( 参 见 图 6.8), 图 6.7 棱 镜 玻 璃 角 与 标 准 角 度 规 直 接 比 较 的 外 自 准 直 装 置 第 33 页

61 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 用 铅 笔 标 出 大 致 角 位, 再 按 照 图 6.8b 放 置 棱 镜 然 后 在 棱 镜 顶 部 或 底 部 附 近 加 压, 再 次 观 察 使 分 离 的 象 开 始 趋 近 的 方 位, 用 铅 笔 划 出 这 个 区 域 当 然 在 图 6.8a 中 可 能 看 不 到 象 的 分 离, 但 是 图 6.8b 可 能 有 误 差 ; 亦 可 能 没 有 误 差, 而 图 6.8a 却 有 误 差 注 意 例 图 中, 棱 镜 放 置 在 与 镀 铝 平 板 紧 密 胶 合 的 三 只 尼 龙 球 上, 而 平 板 又 放 在 毡 垫 上, 以 保 护 自 准 自 仪 的 抛 光 金 属 平 台 棱 镜 的 细 磨 面 必 须 湿 贴 一 小 块 镀 稆 的 精 密 平 行 平 面 板, 以 构 成 反 射 面 此 外, 假 定 粗 抛 光 的 参 考 面 有 1.5 波 长 的 平 面 质 量 ( 最 好 是 精 密 棱 镜 的 两 个 侧 面 互 相 平 行, 用 内 自 准 直 方 法 控 制 尖 塔 差 ), 将 标 准 角 规 放 在 精 密 的 平 行 平 板 上, 预 先 将 自 准 直 仪 调 整 到 规 定 的 角 度 标 准 角 规 的 细 长 基 面 放 在 用 蜡 胶 粘 的 尼 龙 球 上 ( 注 意 三 个 尼 袭 球 的 间 隔, 应 成 使 棱 镜 基 面 稳 定 的 支 承 面 图 6.8 控 制 尖 塔 差 的 两 种 外 自 准 直 装 置 ( 依 次 旋 转, 测 量 棱 镜 的 每 个 角 度 ) 还 有 其 它 几 种 细 磨 棱 镜 玻 璃 平 面 的 方 法 可 供 选 择 对 于 直 角 或 60 度 棱 镜 最 好 用 同 种 粒 度 的 砂 交 替 地 研 磨 两 个 面 首 先, 使 用 图 6.8b 自 准 直 法 研 磨 直 角 棱 镜 的 弦 面 或 60 度 棱 镜 的 一 个 面, 但 许 多 棱 镜, 如 五 角 棱 镜 和 屋 反 射 棱 镜, 要 细 磨 一 个 侧 面 然 后 检 查 尖 塔 角 ( 见 图 6.8a) 当 细 磨 第 二 面 时, 将 用 来 反 射 光 线 的 平 行 平 面 板 湿 贴 于 已 完 成 的 细 磨 表 面 上, 另 一 细 磨 面 置 于 尼 龙 球 上 这 样, 棱 镜 自 准 直 的 两 种 主 法 都 用 到 了 比 较 有 经 验 的 操 作 者 可 以 使 用 研 磨 一 个 参 考 面 的 方 法, 而 初 学 者 应 学 习 使 用 图 6.8ab 所 示 的 两 套 装 置 使 用 的 尼 龙 球 或 球 轴 承 必 须 先 进 行 检 查, 并 注 意 下 要 擦 伤 或 划 损 细 磨 面 其 步 骤 如 下 : (1) 用 分 厘 查 三 个 球 的 直 径, 使 之 大 约 相 等 (2) 用 蜡 将 小 球 紧 紧 地 胶 在 镀 铝 光 学 平 板 上, 蜡 的 高 度 比 球 直 么 的 一 半 略 高 一 些 按 120 度 间 隔 蜡 胶 小 球, 给 棱 镜 基 面 围 成 一 个 定 的 支 承 域 (3) 将 整 个 装 置 放 在 毡 垫 上, 以 保 护 自 准 直 仪 的 抛 光 金 属 面 (4) 将 一 块 误 差 为 5 秒 或 更 小 的 平 得 平 面 板 放 在 三 个 垫 有 镜 片 纸 的 转 动 平 板, 使 两 个 象 沿 着 十 字 丝 的 水 平 线 左 右 分 布, 使 误 差 消 除, 构 成 楔 角 近 于 零 的 平 行 平 面 板 此 时 在 平 板 上 贴 一 张 胶 带 纸, 作 为 在 三 个 球 上 支 承 零 楔 角 平 板 参 考 点 位 置 的 标 记 (5) 移 动 平 行 平 面 板 和 纸 片, 比 较 镀 膜 平 板 的 反 射 象 现 在, 相 对 于 十 字 系 的 任 何 漂 移 均 是 由 于 小 球 直 径 的 误 差 所 引 起 的 其 中 的 一 个 或 两 个 小 球 必 须 用 白 油 石 研 磨, 也 可 以 用 经 过 细 磨 的 载 物 片 研 磨 ( 若 小 球 是 经 过 仔 细 挑 选 的, 就 可 不 必 研 磨 必 须 反 复 检 查 这 些 小 球, 断 定 小 球 业 已 与 平 板 紧 固 连 接, 而 且 检 查 时 转 动 棱 镜 不 应 产 生 不 均 匀 磨 损, 棱 镜 需 改 变 位 置 时 应 酬 先 从 小 球 上 抬 高 后 再 进 行 通 过 实 践 得 出 如 下 结 论 ; 如 果 一 二 个 蜡 球 有 in 即 mm 的 误 差 时, 有 两 个 办 法 可 用 来 消 除 尖 塔 角 误 差 时, 首 先, 标 准 角 规 总 是 按 平 行 平 面 的 零 度 楔 角 方 向 放 置 ; 第 34 页

62 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 其 次 只 要 所 有 反 射 玻 璃 角 对 原 先 放 好 的 小 球 位 置 修 磨, 则 因 球 的 直 径 不 等 引 起 的 漂 移 角 总 在 同 一 方 向 (6) 标 准 角 规 的 放 置 必 须 使 其 狭 长 基 面 平 行 于 由 胶 带 纸 标 出 的 平 行 平 面 板 的 零 楔 度 方 向 5 其 它 检 验 方 法 有 一 些 其 它 方 法 可 用 于 检 验 玻 璃 角 度 误 差 的 方 向 一 个 方 法 是 目 镜 向 内 对 棱 镜 聚 焦 当 通 过 目 镜 观 察 时, 使 目 镜 大 约 移 动 1mm. 若 象 靠 拢 了, 玻 璃 角 为 小 于 90 度 ; 若 象 分 开 了, 则 为 大 于 90 度 还 可 用 另 一 种 简 单 的 方 法 : 一 边 在 目 镜 中 观 察 分 离 的 象, 一 边 用 手 指 轻 轻 地 接 触 棱 镜, 应 在 两 种 自 准 直 方 法 中 都 找 到 触 时 分 离 的 象 开 始 靠 近 的 触 压 点 这 是 每 个 外 自 准 法 都 必 须 进 行 的, 如 图 6-8 所 示, 然 后 在 棱 镜 上 标 出 这 一 触 压 点 或 区 域 如 果 找 到 两 粘 触 压 点, 则 其 中 点 就 是 可 以 同 时 修 正 棱 镜 两 种 误 差 的 加 压 点, 若 仅 有 一 个 角 度 有 误 差 6 偏 向 棱 镜 :90 度 屋 脊 的 控 制 带 90 度 屋 脊 的 偏 向 棱 镜 的 入 射 面 与 出 射 面 的 夹 角 为 45~120 度. 这 类 棱 镜 有 施 密 特 棱 镜 (45 度 ) 2 号 夫 兰 克 福 德 棱 镜 (60 度 ) 阿 米 西 棱 镜 (90 度 ) 夫 兰 克 福 德 棱 镜 ( 度 ) 及 五 角 屋 脊 棱 镜 90 度 屋 脊 棱 镜 必 须 使 入 射 面 与 出 射 面 互 成 90 度 所 以 这 制 造 这 种 棱 撞, 控 制 90 度 屋 脊 十 分 困 难 为 此 这 里 想 介 绍 一 下, 如 何 使 用 自 准 仪 控 制 90 度 屋 脊 角 及 屋 脊 棱 现 以 施 密 特 棱 镜 为 例 加 以 说 明 如 果 把 棱 镜 90 度 屋 脊 面 朝 下 放 置 则 它 与 铅 垂 面 的 矢 量 角 为 70 度 18 分 4 秒, 与 水 平 面 的 矢 量 角 为 15 度 41 分 56 秒 这 就 不 可 能 用 一 个 商 品 标 准 角 规 组 合 成 一 个 15 度 41 分 56 秒 的 角 度, 而 且 多 数 棱 镜 都 有 这 样 的 特 殊 角 为 克 服 这 一 困 难, 将 一 块 典 型 偏 向 棱 镜 的 一 个 90 度 屋 脊 面 放 在 三 个 尼 龙 球 上, 如 图 6.9a 所 示 将 一 块 镀 铝 的 小 平 行 平 面 镜 湿 贴 到 棱 镜 面 上 就 能 使 未 经 粗 抛 光 的 入 射 面 出 射 面 成 为 反 射 面, 调 图 6-9 出 自 准 仪 的 反 射 象, 并 将 十 字 丝 调 到 水 平 线 上, 下 一 步 是 将 棱 镜 提 起 ( 同 一 边 ), 把 第 二 个 直 角 面 转 过 来 此 时 应 注 意 新 的 反 射 象 是 否 在 原 来 十 字 丝 的 上 方 或 下 方 如 果 90 度 屋 脊 棱 垂 直 于 两 个 面, 象 就 不 会 在 原 来 十 字 丝 的 上 下 漂 移 对 于 有 些 没 有 十 字 丝 的 自 准 直 仪, 应 修 磨 棱 镜 使 之 达 到 水 平 漂 移 的 中 点 在 任 何 情 况 下, 都 必 须 达 到 零 位 点 第 35 页

63 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 同 样 细 磨 修 正 90 度 角 的 第 二 面 在 制 造 90 度 屋 脊 角 时, 用 前 面 叙 述 的 方 法 检 验, 即 将 棱 镜 拿 起 来, 换 方 向 入 在 三 个 尼 龙 球 上, 使 90 度 角 对 着 自 准 直 仪 7 内 自 准 直 法 外 自 准 直 法 各 内 自 准 直 法 的 区 别 在 于 前 者 是 处 理 棱 镜 反 射 面 间 的 空 气 角, 而 后 者 涉 及 玻 璃 内 反 射 面 棱 镜 组 合 反 射 角 的 内 自 准 会 引 起 放 大 作 用, 将 棱 镜 玻 璃 角 除 以 360 度 再 以 1.5 便 可 得 到 放 大 倍 数, 例 如,45 度 玻 璃 角 的 放 大 率 是 12x 反 射 角 有 误 差, 则 将 在 自 准 直 仪 目 镜 视 场 中 看 到 分 离 的 象, 本 章 将 说 明 自 准 直 装 置 及 组 合 棱 镜 的 检 验 先 检 测 被 棱 镜 的 内 自 准 直 象 的 光 强 图 6-10 为 检 验 直 角 棱 镜 内 90 度 角 的 传 统 装 置 这 时 不 涉 及 a 面 上 的 旋 转 象, 只 考 虑 两 个 反 射 象 的 相 对 强 度 : 玻 璃 对 空 气 的 反 射 大 约 为 来 自 自 准 直 仪 的 入 射 光 能 的 4.5%, 因 而 有 4.5% 的 光 能 从 a 面 反 射 回 到 自 准 直 仪 形 成 象 (A) 约 有 95% 的 光 能 进 入 A 面, 再 经 透 射 和 反 射 形 成 象 B 和 C 然 而, 因 为 光 的 反 射 折 射 和 吸 收 等 损 耗, 使 B C 象 只 有 原 来 强 度 的 38.13% 尽 管 如 此, 内 反 射 象 还 是 比 外 反 射 象 明 亮 图 6.10 棱 镜 中 外 反 射 象 与 内 反 射 象 的 光 强 度 每 种 棱 镜 都 可 用 多 种 内 自 准 直 法 较 暗 淡 的 象 是 很 难 区 别 的, 一 种 尚 需 给 予 更 适 当 名 称 的 简 易 方 法 为 哈 气 法 测 试 时, 操 作 者 对 着 远 离 自 准 直 仪 的 棱 镜 表 面 用 力 地 哈 气, 然 后 可 观 察 到 内 自 准 直 象 随 着 雾 汽 的 蒸 发 而 重 现 但 外 自 准 直 象 与 内 自 准 直 象 不 同, 它 始 终 固 定 在 视 场 中, 既 不 消 失 也 不 重 现 应 记 下 这 一 固 定 的 外 自 准 直 象 的 位 置, 以 便 修 正 棱 镜 的 角 度 ( 见 7.2 节 ) 8. 内 自 准 直 的 测 量 方 法 内 自 准 直 法 可 用 来 检 验 合 成 的 玻 璃 反 射 角 在 此 研 究 用 内 自 准 直 法 的 一 些 典 型 的 图 示 图 6.11 所 示 用 自 准 直 仪 检 验 90 反 射 角 的 情 况 注 意 图 中 的 多 次 反 射 象 放 大 6 的 反 射 角 (X) 和 图 6.11 用 平 行 光 检 测 90 角 时, 在 直 角 棱 镜 的 自 准 直 仪 中 观 察 到 的 外 反 射 象 和 内 反 射 象 图 6.12 典 型 棱 镜 ( 指 直 角 棱 镜 ) 用 内 自 准 直 法 测 量, 其 总 角 度 误 差 放 大 6 倍 第 36 页

64 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 尖 塔 角 (P) 一 些 象 随 棱 镜 旋 转 图 形 中 有 5 个 象 表 示 玻 璃 角 和 尖 塔 角 有 几 分 的 误 差 倘 若 没 有 误 差, 两 组 象 就 完 全 重 合 在 一 起 图 象 在 水 平 方 向 上 的 不 重 合, 表 示 有 反 射 角 误 差 ; 在 垂 直 方 向 上 的 不 重 合, 表 示 有 尖 塔 角 误 差 或 棱 向 误 差 B 象 将 保 持 静 止,a 和 b 受 旋 转 的 影 响 实 际 上 c 象 是 由 直 角 棱 镜 的 直 角 面 经 4 次 反 射 南 昌 形 成 的 在 棱 镜 制 造 过 程 中, 不 要 使 用 这 种 复 杂 的 内 自 准 直 法, 这 种 方 法 仅 仅 是 为 了 提 出 一 份 测 试 报 告 ( 见 图 6.11) 经 常 使 用 的 内 自 准 直 法 如 图 6.12 所 示 这 种 光 学 装 置 能 将 抛 光 棱 镜 的 反 射 角 放 大 6 倍, 若 棱 镜 45 面 朝 下 放 置 也 一 样 如 果 棱 镜 放 在 毡 垫 上 检 验, 则 图 象 便 不 受 振 动 的 影 响 9. 单 个 反 射 角 泰 曼 指 出 : 能 整 除 360 度 的 单 个 反 射 角, 如 果 是 理 想 的 话 只 能 形 成 一 个 重 叠 的 象 如 果 角 度 有 误 差 则 会 自 动 产 生 两 个 水 平 方 向 分 开 的 象, 尖 塔 误 差 或 棱 向 误 差 不 能 自 动 准 直 现 在 讨 论 图 6.13a 和 b 所 示 棱 镜 的 45º 度 单 反 射 玻 璃 角 假 定 用 (b) 中 的 内 自 准 直 法 检 验 斜 面 h 的 尖 塔 差, 要 求 检 验 三 个 抛 光 面 h R 和 C 两 个 侧 面 是 粗 抛 光 的 ; 所 选 的 参 考 面 R 和 斜 面 h 间 的 夹 角 应 修 正 为 理 想 的 90 选 用 的 参 考 面 R( 最 好 的 表 面 质 量 ) 需 放 在 一 块 毡 垫 上, 将 已 抛 光 好 的 面 对 着 自 准 直 仪 棱 镜 的 参 考 面 ( 下 方 ) 和 斜 面 h 形 成 一 个 直 角, 棱 镜 顶 面 作 为 直 角 的 检 验 窗 口 如 果 c 面 与 参 考 面 R 不 平 行, 并 不 影 响 直 铁 误 差 当 斜 面 光 圈 为 1/8 条 纹 以 及 校 正 直 角 的 象 重 合 时, 斜 面 就 合 格 了 下 一 步 待 校 正 的 是 45 反 射 角, 用 图 6.13a 的 方 法 检 验, 自 准 直 仪 直 接 瞄 准 45 度 角,A 面 是 经 抛 光 的,b 面 为 平 行 光 束 的 入 射 面 图 6.13 检 验 各 种 角 度 的 单 个 玻 璃 反 射 角 的 内 自 准 直 法 总 之, 至 此 一 个 合 成 的 反 射 角 实 际 上 已 检 验 完 毕, 但 要 依 次 进 行 单 个 角 的 检 验 首 先, 检 验 由 选 定 的 参 考 面 和 斜 面 形 成 的 90 角 接 着 检 验 由 斜 面 h 和 a 面 组 成 的 45º 反 射 角 最 后, 用 图 6.13b 所 示 的 内 自 准 直 法 同 样 地 抛 光 并 校 正 b 面 此 外 在 棱 镜 中 常 用 的 角 度 是 60º 和 30 这 些 角 度 可 以 用 内 自 准 直 法 进 行 检 验 ( 参 见 图 6.13c 和 d) 这 里 假 定 棱 镜 斜 面 已 加 工 完 成, 并 已 用 图 6,12b 的 方 法 检 验 与 侧 面 成 所 成 的 90 度 60 度 角 自 准 检 验 容 易 做 到, 但 检 验 30 度 角 时 由 于 反 射 光 所 形 成 的, 图 象 过 于 暗 淡 而 比 较 困 难 故 棱 镜 完 工 面 ( 顶 面 ) 镀 铝, 并 抛 光 修 磨 与 镀 铝 平 板 相 贴 的 表 面 检 验 30º 角 18 倍 放 大 率, 检 验 60º 角 9 倍 放 大 率 图 中 下 面 部 分 所 表 示 的 图 象 与 其 它 反 射 角 讨 论 的 图 象 意 义 相 同 10. 其 他 内 自 准 直 法 图 6.14 所 示 为 会 用 到 的 其 它 内 自 准 直 法, 其 余 的 前 面 已 列 出 过 用 自 准 直 仪 从 棱 镜 的 一 个 面 直 接 观 察 两 个 面 所 形 成 的 双 象 有 特 别 的 意 义 透 过 两 个 检 查 直 角 棱 镜 五 角 棱 镜 和 阿 米 西 棱 第 37 页

65 第 六 章 自 准 直 法 测 量 棱 镜 镜 两 面 构 成 的 90 度 角 也 是 可 能 的 但 这 些 方 法 在 棱 镜 的 制 造 过 程 中 很 少 用 前 面 5 幅 图 象 表 明 了 这 些 方 法 有 其 广 泛 的 用 途 习 题 : 1) 试 说 明 共 轴 型 离 轴 型 自 准 直 仪 的 区 别 2) 试 说 明 用 一 种 准 直 法 进 行 棱 镜 组 合 角 的 自 准 直 测 量 3) 什 么 是 哈 气 法 检 验? 在 制 造 棱 镜 时 采 用 哈 气 法 能 达 到 什 么 目 的? 4) 在 加 工 过 程 中 棱 镜 的 内 自 准 直 法 与 外 自 准 直 法 有 什 么 不 同? 5) 直 角 棱 镜 60 反 射 棱 镜 和 30 反 射 棱 镜 的 内 自 准 直 法 的 放 大 倍 数 是 多 少? 6) 是 否 可 以 采 用 内 自 准 直 法 检 验 22.5 的 反 射 角? 7) 列 出 可 以 采 用 内 自 准 直 法 检 查 的 四 种 反 射 角 8) 在 棱 镜 自 准 直 条 件 下, 为 什 么 在 镀 铝 平 板 上 蜡 胶 尼 龙 球? 9) 研 磨 或 抛 光 时, 用 一 个 压 力 点 能 同 时 修 正 两 个 反 射 角 吗? 图 6.14 一 些 用 自 准 直 法 检 验 棱 镜 的 典 型 10) 检 查 直 角 棱 镜 的 90 的 空 单 象 图 形 与 双 象 图 形 气 角 时, 其 放 大 倍 数 为 多 少? 参 考 文 献 De Vany,A.S. Testing a Prism s Compound Reflecting Angles, Appl.Opt,14, (1975). De Vany,A.S. Testing Glass Reflecting-Angles of Prisms, appl.opt.17, (1978). Fersin, f.b. Prisms, Flats,Mirrors, in Amateur Telescope Making-Advance.A.G. Ingalls,Ed,Sci.Am.75-93(1959). Habell,K.J.and cox,a.engineering Optics, Pitman, London, 1956, pp Johnson, B. K. Optics and Optical Instruments, Dover, 1960, pp Moffitt, G. W. Autocollimation of Prisms, J. Opt. Soc. Am, Rev. Sci. Instrum, 7,41-51(1923). Ryland, F. and Chalmers, S. D. Prisms, Optical Society, London, 36-39(1904 and 1905). Wagner, A. F. Prisms, Experimental Optics, Wiley, New York, 1929,pp Wright, F. E. Prism Making, J. Opt. Soc. Am, 5, ,1921. Wright, F. E. The Manufacturing of Optical Glass and Optical Systems, Bureau of Ordmamce, Washington, D. C, 第 38 页

66 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 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 第 39 页

67 第 七 章 棱 镜 抛 光 光 时 可 同 时 修 正 两 个 玻 璃 角 的 误 差 修 磨 第 一 个 45 ~90 复 合 角 时, 表 7.1 中 的 第 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 1~8 表 示 加 压 点 或 加 压 区 这 些 数 字 与 图 7.2(1~8) 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 加 压 点 反 射 角 参 考 面 / 左 边 (R/L) 参 考 面 / 右 边 (R/R) 1 理 想 (0) 0 锐 角 (-) 理 想 (0) 0 钝 角 (+) 钝 角 (+) 右 理 想 (0) 锐 角 (-) 左 理 想 (0) 锐 角 (-) 左 钝 角 (+) 锐 角 (-) 左 锐 角 (-) 钝 角 (+) 右 锐 角 (-) 钝 角 (+) 右 钝 角 (+) 4 2 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 行, 全 部 复 合 角 时 采 用 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 1~8 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 第 40 页

68 第 七 章 棱 镜 抛 光 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 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 7.4a~c 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 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 第 41 页

69 第 七 章 棱 镜 抛 光 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 7.5a~x):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 第 42 页

70 第 七 章 棱 镜 抛 光 三 号 图 四 号 图 第 43 页

71 第 七 章 棱 镜 抛 光 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 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 第 44 页

72 第 七 章 棱 镜 抛 光 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 7.5d~h 是 夫 兰 克 福 德 2 号 棱 镜, 它 包 括 ( 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 第 45 页

73 第 七 章 棱 镜 抛 光 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 量 楔 角 随 着 对 这 一 事 实 的 逐 步 认 识, 有 关 棱 镜 和 棱 镜 制 作 中 的 难 题 就 迎 刃 而 解 了 练 习 题 : 1) 棱 镜 自 准 直 测 量 中, 所 观 察 到 的 重 叠 象 的 逆 反 射 是 由 什 么 引 起 的? 2) 棱 镜 自 准 直 测 量 中 的 镜 状 反 射 有 何 作 用? 3) 写 出 光 学 视 准 中 三 种 多 棱 镜 组 合 体 的 名 称 4) 为 什 么 22.5 自 准 直 检 验 需 要 表 面 镀 膜? 5)90 角 的 内 自 准 直 测 量 中, 准 直 管 位 置 的 角 度 范 围 是 多 少? 6) 内 自 准 直 测 量 中, 玻 璃 角 误 差 放 大 倍 数 的 含 义 是 什 么? 7) 平 行 平 面 板 有 几 度? 8) 有 几 种 型 式 的 道 威 棱 镜? 9) 写 出 6 种 带 90 屋 脊 角 的 偏 向 棱 镜 的 名 称? 10) 制 作 一 块 小 的 镀 膜 平 行 平 板, 平 行 度 为 10 秒, 表 面 质 量 为 1/8 光 圈 第 46 页

74 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 本 章 假 设 制 成 的 棱 镜 具 有 下 列 要 求 : 1) 粗 抛 光 玻 璃 盘 表 面, 面 形 优 于 两 个 光 圈, 楔 度 大 于 等 于 10 用 穆 翟 法 检 验 玻 璃 的 均 匀 性 ; 2) 加 工 结 束 后 棱 镜 尺 寸 具 有 上 限 工 差 3) 检 验 棱 镜 90 侧 面 角 时, 所 有 反 射 面 采 用 同 一 参 考 面 1 斜 面 为 了 便 于 加 工, 研 磨 和 抛 光 少 量 棱 镜 (10 只 或 更 少 ) 时, 实 际 的 制 作 方 法 通 常 是 把 棱 镜 胶 于 用 同 样 玻 璃 牌 号 制 作 的 导 块 上 附 录 3 中 对 这 种 方 法 作 了 更 加 全 面 的 叙 述 简 单 地 说 是 把 小 而 薄 的 矩 形 下 班 块 胶 在 棱 镜 的 侧 面 上, 如 图 8.1a 所 示 应 该 同 时 做 3 只 或 4 只 这 样 的 棱 镜 组 合 体 制 作 棱 镜 组 合 体 时, 将 棱 镜 与 玻 璃 导 块 在 烘 箱 内 加 热 到 85 度, 棱 镜 面 上 稍 为 涂 些 沥 青 胶, 并 在 棱 镜 与 下 班 导 块 间 垫 上 透 镜 纸 为 了 限 制 泰 曼 效 应, 所 有 已 抛 光 过 的 玻 璃 表 面 邻 表 面 时, 擦 伤 已 抛 光 的 表 面 将 已 检 验 过 的 粗 抛 光 平 行 平 板 锯 成 具 有 粗 抛 光 表 面 的 棱 镜, 选 择 表 面 质 量 最 侍 的 棱 镜 侧 面 作 为 参 考 面, 普 且 用 金 刚 石 划 刀 在 该 面 上 作 一 记 号 在 整 个 棱 镜 制 造 过 程 中 都 采 用 同 一 个 参 考 侧 面 棱 镜 与 玻 璃 导 块 放 在 预 热 到 85 的 石 棉 板 上, 逐 个 取 出 棱 镜, 中 间 隔 一 张 小 的 透 镜 纸, 将 两 个 玻 璃 导 块 与 棱 镜 相 互 胶 合 在 一 起 然 后 把 棱 镜 组 合 体 放 在 铺 有 一 张 纸 的 平 模 上, 仔 细 地 检 查 组 合 体 的 全 部 倒 角 面 透 镜 纸 应 比 两 个 表 面 稍 高 些, 否 则 表 示 组 件 调 整 不 当 用 导 块 与 棱 镜 的 底 部 紧 紧 地 把 整 个 组 合 体 压 在 一 起, 用 一 木 块 调 整 棱 镜 四 周 的 玻 璃 导 块 并 安 放 到 恰 当 的 位 置 在 斜 面 加 工 以 前, 用 这 种 方 法 组 合 四 个 棱 镜 是 比 较 有 效 的 组 合 体 冷 却 后, 用 二 甲 苯 清 洗, 清 除 倒 角 面 与 玻 璃 导 块 表 面 四 周 的 沥 青 胶 和 透 镜 纸 细 磨 ( 用 225 号,145 号,95 号 三 种 图 8.1(a) 细 磨 直 角 棱 镜 斜 面 时, 采 用 外 刚 玉 磨 料 ) 时 用 如 图 8.1(a) 和 (b) 所 示 的 自 准 直 测 量 装 置 用 标 准 450 块 规 外 自 准 直 装 置 检 查 棱 镜 棱 镜 和 玻 璃 导 块 调 整 好 自 准 仪 位 置, 而 块 规 放 在 置 放 在 三 个 尼 龙 球 上, 而 尼 龙 球 紧 紧 地 用 蜡 于 三 只 尼 龙 球 上 的 精 密 的 平 行 平 面 胶 在 铝 制 的 平 台 上 由 平 行 光 管 出 射 的 平 板 上 将 一 小 块 的 镀 铝 的 平 行 平 板 行 光 束 射 到 棱 镜 的 抛 光 表 面 上, 然 后 经 平 湿 贴 到 研 磨 面 上 使 之 能 反 射 光 线 板 的 镀 铝 面 反 射, 最 后 返 回 到 平 行 光 管 如 果 45 0 反 射 面, 棱 镜 形 成 的 90 0 空 气 角 或 平 面 板 存 在 着 误 差, 则 在 平 行 光 管 内 就 观 察 到 两 个 分 离 的 水 平 象 第 47 页

75 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 如 何 决 定 棱 镜 误 差 的 方 向 呢? 用 自 准 目 镜 观 察 时, 把 手 指 压 向 棱 镜 某 处, 使 水 平 方 向 分 离 的 象 趋 于 重 合, 此 处 就 是 细 磨 斜 面 时 的 加 压 点 特 别 当 用 95 号 金 刚 砂 细 磨 时, 应 尽 力 使 两 象 重 合 自 准 直 测 量 有 4 的 放 大 率, 因 此 研 磨 时, 象 的 变 化 很 快 细 磨 棱 镜 后 用 小 型 放 大 镜 检 查 玻 璃 导 块 四 周 的 砂 眼 及 划 痕 如 果 细 磨 时 已 将 倒 角 磨 去, 则 可 以 用 一 块 铜 片 和 145 号 金 刚 砂 重 新 磨 出 倒 角 在 开 槽 的 平 面 沥 青 抛 光 模 上 抛 光 棱 镜 组 件 ( 见 第 三 章 ), 加 一 些 抛 光 粉 抛 光 棱 镜 后, 用 自 准 直 方 法 检 验 90 0 侧 面 角 ( 控 制 塔 差 ) 图 8.2 说 明 棱 镜 90 0 角 测 量 方 法 注 意 参 考 面 应 放 在 毛 毡 上, 毛 毡 下 面 的 小 木 块 使 棱 镜 保 持 水 平 将 自 准 直 仪 调 整 到 近 似 于 45 0, 然 后 0 牢 牢 地 固 图 8.1(b) 用 外 自 准 直 装 置 测 量 与 棱 镜 斜 面 面 90 的 紧 三 个 抛 光 表 面 使 自 准 直 仪 的 平 行 光 束 侧 面 角 ( 控 制 尖 塔 差 ) 镀 铝 平 板 与 一 般 已 抛 光 过 返 回 到 观 的 察 者 这 种 内 准 直 测 量 将 棱 镜 参 考 侧 面 构 成 90 0 空 气 角 如 果 参 考 侧 面 没 有 抛 90 0 角 的 误 差 放 大 了 6 光 过, 则 可 以 在 90 0 侧 面 角 上 湿 贴 一 小 块 平 行 平 板 一 个 熟 练 的 操 作 者 应 该 会 用 下 面 的 办 法 测 量 角 度 误 差 ( 见 图 (8.2), 水 平 线 的 分 离 表 示 角 度 误 差, 垂 直 线 的 双 象 则 是 由 于 棱 镜 顶 面 质 量 不 佳 引 起 的, 因 为 棱 镜 顶 面 入 射 与 出 射 了 自 准 直 仪 的 平 行 光 束 在 检 验 90 0 角 误 差 以 前 棱 镜 弦 面 的 表 面 质 量 应 该 达 到 一 个 光 圈 以 内 如 果 90 0 角 存 在 误 差, 根 据 水 平 的 分 离 量 可 以 确 定 是 锐 角 还 是 钝 角, 那 么 如 何 确 定 呢? 规 则 1: 使 目 镜 由 最 佳 焦 面 位 置 向 里 离 焦 如 果 十 字 丝 的 两 个 水 平 象 彼 此 靠 近, 则 为 锐 角 规 则 2: 使 目 镜 由 最 佳 焦 面 位 置 向 里 离 焦, 如 果 两 个 水 平 线 彼 此 分 离, 则 为 钝 角 用 这 种 方 法 检 验 分 离 很 大 的 象 是 困 图 8.2 棱 镜 的 抛 光 参 考 面 置 于 毛 毡 上, 对 其 90 0 难 的 对 分 离 大 的 象 可 以 用 一 支 钢 皮 尺 侧 面 角 进 行 内 自 准 直 测 量 ( 控 制 尖 塔 差 ) 作 为 刀 口 遮 栏 目 镜 的 下 半 部, 如 果 两 个 分 离 象 的 上 面 一 个 象 消 失, 则 为 钝 角, 反 之, 分 离 象 的 下 面 一 个 象 消 失, 则 为 锐 角 要 修 磨 是 锐 角 的 90 0 角, 抛 光 斜 面 时, 在 靠 近 棱 镜 参 考 面 ( 作 记 号 ) 一 侧 施 加 压 力, 反 之, 第 48 页

76 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 修 磨 钝 角 时, 在 棱 镜 参 考 面 的 相 对 一 侧 加 压 由 于 沥 青 抛 光 盘 总 是 用 凹 压 板 制 成 凸 面 形, 这 样, 棱 镜 表 面 的 质 量 也 将 逐 步 提 高 表 面 抛 光 结 束 后, 斜 面 也 已 加 工 完 毕, 而 且 在 自 准 直 仪 内 可 以 观 察 到 重 合 的 角 表 面 质 量 达 到 无 象 散 无 砂 眼 无 划 痕 或 道 子, 并 且 优 于 1/8 光 圈 反 射 面 将 棱 镜 放 在 可 控 制 的 电 炉 内 加 热 到 85 0 C, 从 已 抛 光 好 的 斜 面 上 取 下 玻 璃 导 块, 把 新 的 具 有 大 倒 角 的 玻 璃 导 块 胶 合 在 两 个 45 0 面 的 四 周 ( 类 似 城 附 录 了 所 介 绍 的 方 法 ) 带 有 玻 璃 导 块 的 棱 镜 组 件 如 图 8.3 所 示 注 意 玻 璃 导 块 长 度 应 超 出 面, 志 块 底 面 与 棱 镜 的 最 高 点 平 接 在 一 起 将 45 0 标 准 角 块 放 大 置 于 三 只 尼 龙 坏 上 的 平 行 平 板 上, 然 后 检 查 自 准 直 仪 45 0 角 的 工 作 位 置 需 要 时, 可 以 再 调 整 自 准 直 仪, 检 查 十 字 线, 并 把 它 调 到 零 位, 然 后 固 紧 自 准 直 仪 加 工 过 程 中, 轮 换 地 研 磨 两 个 45 0 表 面 此 时, 必 须 再 检 查 棱 镜 的 组 合 角 组 合 角 包 括 由 斜 面 与 棱 镜 的 一 个 面 构 成 的 45 0 角 和 90 0 ( 尖 塔 角 ) 侧 面 角 ( 见 图 8.3a 和 b) 研 磨 两 个 45 0 面 的 任 一 个 表 面 时, 利 用 已 抛 光 的 斜 面 及 在 三 个 尼 龙 坏 上 的 顶 先 研 磨 过 的 45 0 面 提 起 棱 镜, 并 把 棱 镜 稳 定 地 放 在 三 个 尼 龙 坏 图 8.3 (a) 首 先 细 磨 45 0 面, 然 后 检 查 90 0 空 气 角, 上, 交 替 地 测 量 两 个 45 0 角 细 磨 时, 再 旋 转 棱 镜, 将 45 0 面 对 准 自 准 直 仪, 交 替 必 须 同 时 修 正 两 悠 远 45 0 角 地 研 磨 45 0 组 合 角 如 前 所 述, 玻 璃 角 的 方 位 有 八 种 (b) 由 预 先 安 装 好 的 45 0 比 较 标 准 角 规 对 45 0 可 能 情 况 ( 参 看 第 七 章 7.4 节 ) 如 果 角 进 行 准 直 测 量 认 识 到 在 棱 镜 上 总 存 在 着 一 个 加 压 点, 则 修 磨 棱 镜 角 度 的 技 术 就 很 易 光 会 一 种 寻 找 加 压 点 的 方 法 ( 研 磨 时 ) 是 轻 轻 地 接 触 棱 镜 某 一 处 使 分 离 的 水 平 象 彼 此 靠 近, 该 处 即 为 加 压 点 两 个 角 度 的 自 准 测 量 每 轮 换 一 次 必 须 按 上 述 方 法 再 做 一 遍 初 学 者 最 好 用 毛 毡 笔 或 蜡 笔 记 下 这 个 点 的 位 置, 以 便 用 外 准 直 法 测 量 90 0 侧 面 角 时, 采 用 这 个 记 号 的 侧 面 同 时 修 磨 两 只 角 度 误 差 的 压 力 点 处 于 棱 镜 上 作 有 记 号 的 两 点 中 间 细 磨 时 玻 璃 角 度 的 校 正 可 能 磨 过 头, 特 别 是 采 用 225 号 金 刚 砂 时, 必 须 特 别 注 意 记 下 观 察 到 的 角 度 误 差 的 变 化 或 作 上 无 误 差 的 记 号 当 用 95 号 金 刚 砂 研 磨 完 两 修 正 45 0 面, 以 及 修 正 45 0 角 和 90 0 侧 面 角 后, 再 抛 光 各 表 面 检 查 以 前, 应 确 保 每 个 表 面 有 优 于 两 个 光 圈 的 质 量 第 49 页

77 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 将 棱 镜 放 在 毛 毡 垫 上, 检 查 45 反 射 角 这 就 是 45 角 内 自 准 直 测 量 法 注 意, 这 只 适 用 于 玻 璃 的 角 度 测 量 ( 见 图 8.4) 自 准 直 仪 目 镜 视 场 中 的 水 平 象 表 示 内 角 误 差 如 果 象 重 合, 则 45 角 是 正 确 的 如 果 有 误 差, 水 平 象 的 分 离 可 以 表 示 出 正 负 角 度 误 差 角 度 误 差 的 放 大 率 是 12 用 规 则 Ⅰ 和 Ⅱ 可 以 决 定 角 度 是 大 还 是 小 这 也 适 用 于 用 90 内 自 法 检 验 斜 面 的 90 侧 面 角 棱 镜 的 参 考 面 朝 下 放 在 毛 毡 垫 上, 也 可 用 自 准 法 测 量 90 侧 面 角 ( 见 图 8.2) 3 反 射 式 的 工 具 棱 镜 或 转 向 棱 镜 由 于 用 途 不 同, 这 各 棱 镜 的 制 造 方 法 略 有 差 别 工 具 棱 镜 的 镀 反 射 角 有 时 必 须 达 优 于 2" 的 误 差, 而 用 于 观 察 仪 器 中 的 转 向 棱 镜 如 果 角 度 总 偏 差 优 于 5", 就 属 精 密 棱 镜 类 下 面 叙 述 角 度 误 差 优 于 2" 的 反 射 式 工 具 棱 镜. 重 新 检 验 45 o 角, 在 一 个 侧 面 作 记 号 A, 另 一 侧 面 作 记 号 B 如 果 两 个 45 o 表 面 没 有 什 么 可 以 图 反 射 角 内 自 准 直 测 量 选 择, 则 应 用 有 较 好 90 0 角 的 一 面 在 抛 光 时 修 磨 45 0 角, 其 变 化 速 度 为 90 0 侧 面 角 变 化 速 度 的 两 倍 这 是 由 于 45 0 我 的 放 大 率 为 12, 而 900 角 的 放 大 率 为 6 之 故 两 个 角 度 修 磨 的 速 度 不 一 样, 是 由 于 放 大 率 不 同 以 及 在 抛 光 过 程 中 很 难 保 证 棱 镜 角 面 上 的 压 力 均 匀 造 成 的 用 自 准 直 法 ( 见 图 8.4) 检 验 时, 必 须 使 所 选 择 的 45 0 面 (a 或 b) 加 工 到 不 存 在 可 以 观 察 到 的 角 度 误 差, 并 且 也 要 检 验 其 90 0 侧 面 角 ( 见 图 8.2), 然 后 抛 光 成 消 象 散 的 面 象 散 难 以 除 去 常 常 是 由 于 棱 镜 角 顶 处 的 凸 包 之 故 ( 操 作 者 称 为 谷 粒 ), 必 须 用 大 姆 指 或 中 指 局 部 抛 修 这 些 缺 陷, 但 必 须 仔 细 操 作, 否 则 在 表 面 上 可 能 形 成 一 个 凹 坑 由 于 手 离 开 棱 镜 后 棱 镜 上 有 潜 热 存 在, 因 而 要 留 有 充 分 的 时 间 使 热 量 散 失 反 复 手 抛 以 后, 再 将 加 工 面 放 到 抛 光 模 上 抛 修, 直 到 组 合 45 0 反 射 角 观 察 不 到 误 差 并 达 到 1/8 波 长 的 表 面 质 量, 此 时 该 表 面 就 完 工 了 当 然, 表 面 应 无 砂 眼 划 痕 和 道 子 将 棱 镜 放 入 一 台 新 的 内 自 准 直 装 置 中, 用 与 上 述 不 同 的 方 法 制 作 第 二 个 45 0 反 射 面 ( 见 图 8.5) 首 先 可 看 到 尖 塔 差 和 总 的 角 度 误 差, 这 一 尖 塔 差 ( 现 在 是 由 于 第 二 个 45 0 面 产 生 的 ), 是 则 两 根 垂 直 线 间 距 的 大 小 来 度 量 的 两 根 水 平 线 的 分 离 间 隔 即 为 正 在 抛 图 8.5 显 示 直 角 棱 镜 所 的 角 度 误 差 光 的 45 0 表 面 角 度 误 差 注 意 图 8.5 中 的 双 十 字 象 的 最 后 自 准 直 测 量 法 第 50 页

78 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 误 差 可 能 存 在 于 任 何 的 一 个 象 限 内 ( 虚 线 为 尖 塔 差 方 向 ), 为 八 种 可 能 情 况 之 一 ( 参 看 第 7.4 节 ) 找 到 误 差 位 置 的 最 好 方 法 之 一 是 先 找 到 由 棱 镜 反 射 回 来 的 逆 反 射 象 在 远 离 自 准 直 仪 的 45 0 面 上 用 力 哈 气 ( 湿 度 凝 聚 作 用 ), 则 逆 反 射 象 消 失 当 哈 气 从 表 面 上 消 失 后, 自 准 直 仪 的 目 镜 中 再 显 示 出 反 向 的 逆 反 射 象 总 可 以 找 到 一 个 从 最 靠 近 自 准 直 仪 的 前 粗 抛 光 表 面 反 射 的 象, 并 找 出 尖 塔 方 向, 用 软 笔 作 出 记 号 这 便 是 修 磨 棱 镜 角 度 误 差 所 采 用 的 压 力 点 之 一 再 需 强 调 指 出 : 象 的 水 平 分 离 表 示 没 有 加 工 好 的 45 0 表 面 的 角 度 误 差 棱 镜 45 O 面 的 抛 光 情 况 与 第 一 个 45 O 面 的 抛 光 情 况 极 为 相 似 图 8.5 中 分 别 用 P 和 X 表 示 尖 塔 差 和 45 O 角 误 差 首 先 用 规 则 1 和 2 确 定 X 是 正 值 或 负 值 ( 尖 塔 问 的 正 负 早 已 克 定 ) 例 如, 假 设 45 O 反 射 角 有 负 值 误 差 ( 角 小 ), 而 90 0 尖 塔 差 的 参 考 面 是 加 工 时 始 终 采 用 的 棱 镜 参 考 面 为 时 修 磨 这 两 种 误 差, 压 力 点 应 置 于 顶 尖 ( 顶 尖 指 45 O 角 的 顶 端, 跟 部 在 90 0 角 的 顶 端 ), 在 45 O 面 顶 端 相 对 的 棱 镜 参 考 面 上 施 加 压 力, 则 可 以 修 整 棱 镜 的 角 度 误 差 这 个 例 子 仅 为 可 能 产 生 的 八 种 误 差 中 的 一 种 当 所 有 准 直 象 重 合 为 一 个, 而 且 表 面 质 量 优 于 1/8 光 圈 时, 则 全 反 射 棱 镜 制 作 完 毕 4 两 次 反 射 棱 镜 两 次 反 射 棱 镜 的 一 种 制 造 方 法 是 用 精 密 夹 具 加 工 棱 镜 时 用 精 密 夹 具 按 前 面 所 述 玻 璃 角 把 胶 合 的 棱 镜 装 夹 起 来 另 一 种 方 法 是 研 磨 和 抛 光 时 用 石 膏 上 盘 石 膏 盘 可 能 装 夹 许 多 棱 镜, 其 直 径 可 以 大 到 37cm 用 于 较 便 宜 的 双 目 仪 器 中 的 直 角 棱 镜 用 这 种 方 法 制 造, 准 直 光 管 用 于 各 种 组 合 过 程 中 这 种 棱 镜 具 有 相 当 大 的 玻 璃 角 度 偏 差, 高 达 10 在 用 这 种 方 法 大 量 生 产 棱 镜 时, 可 能 和 夹 具 装 夹 或 石 膏 上 盘 这 两 种 方 法 来 制 造 两 个 侧 面 用 熟 石 膏 盘 制 造 棱 镜 的 斜 面 和 45 O 面 第 三 个 面 用 细 磨 和 粗 抛 光 交 替 进 行 的 办 法, 一 直 到 在 自 准 直 仪 中 观 察 到 的 象 重 合 为 止 ( 用 图 8.5 所 示 方 法, 也 可 以 参 看 第 二 章 图 2.22) 切 实 可 行 的 方 法 是 采 用 玻 璃 导 块 因 为 大 多 数 的 角 度 误 差 使 自 准 直 目 镜 视 场 中 的 象 分 离 很 大 检 查 以 前, 棱 镜 与 玻 璃 导 块 组 件 用 95 号 金 刚 砂 初 步 研 磨 并 粗 抛 光 5min 两 条 垂 直 线 之 间 距 为 尖 塔 差 (P) 的 方 向, 塔 差 倾 角 可 能 出 现 在 任 一 象 限 两 条 水 平 线 (X) 这 间 距 是 所 有 角 度 误 差 的 总 和 两 组 象 偏 离 大 时, 必 须 首 先 确 定 由 45 O 面 反 射 的 象, 可 用 哈 气 法 检 验 确 定 之 用 如 图 8.5 所 示 的 自 准 直 装 置, 第 一 个 象 是 由 正 在 加 工 的 面 形 成 的, 第 二 个 象 由 内 自 准 直 形 成 当 斜 面 上 的 雾 气 消 失 后, 自 准 直 象 将 由 消 失 到 再 现 在 棱 镜 侧 面 上 作 出 第 二 组 垂 直 线 偏 差 方 向 的 记 号, 此 时, 象 的 水 平 分 离 忽 略 不 计 对 偏 离 大 的 象, 要 用 钢 皮 尺 来 观 察 水 平 分 离 象 以 确 定 角 度 误 差 的 正 负 现 在 已 掌 握 了 研 磨 棱 镜 时 正 确 确 定 压 力 点 的 方 法 例 如 ( 八 种 可 能 情 况 之 一 ) 在 参 考 面 上 标 记 尖 塔 差 的 垂 线 偏 差 方 向 以 及 玻 璃 角 是 钝 角 或 是 误 差 为 正 ( 参 见 规 则 1 和 2 或 用 钢 皮 尺 的 方 向 ) 压 力 点 在 哪 儿 呢? 它 位 于 棱 镜 45 O 面 的 参 考 面 跟 部 研 磨 与 抛 光 必 须 反 复 进 行, 直 到 学 会 该 项 技 术 为 止, 没 有 一 个 人 可 以 企 图 用 抛 光 的 方 法 来 修 正 自 准 直 仪 中 观 察 到 的 双 象 ( 也 即 分 离 量 是 3 倍 或 更 多 倍 线 宽 ), 而 应 该 重 新 修 磨, 使 象 近 乎 重 合 采 用 玻 璃 导 块 是 为 了 防 止 玻 璃 角 度 产 生 严 重 的 过 修 正 和 修 正 不 足 企 图 不 用 玻 璃 导 块 而 徒 手 操 作 只 能 是 当 月 费 时 间 偶 尔 由 于 存 在 大 的 角 度 误 差 而 使 两 个 外 貌 过 大 地 分 离, 仅 有 一 个 象 出 现 在 自 准 直 目 镜 中 在 这 种 情 况 下 棱 镜 可 能 被 以 为 是 极 好 的 为 了 避 免 发 一 这 种 情 况, 可 用 眼 睛 检 查 即 眼 睛 直 接 向 斜 面 中 看, 观 察 眼 瞳 的 圆 度, 如 果 眼 瞳 某 个 方 向 有 些 缩 小 或 放 大, 则 说 明 棱 镜 存 在 着 较 大 的 角 度 误 差 5 道 威 棱 镜 只 要 在 直 角 棱 镜 顶 部 铣 出 和 细 磨 一 个 大 的 平 面 就 可 以 变 为 45 O 道 威 棱 镜 当 然, 在 棱 镜 粉 第 51 页

79 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 磨 成 形 时 就 要 这 样 做 在 制 造 过 程 中 基 本 上 应 用 了 玻 璃 导 块 道 威 棱 镜 玻 璃 反 射 角 的 自 准 直 检 验 法 与 直 角 棱 镜 的 检 验 法 相 同 ( 见 表 8.1) 6 棱 镜 的 光 学 修 磨 即 使 偏 差 小 于 2", 表 面 平 面 性 达 到 1/10 光 圈, 精 密 棱 镜 的 加 工 并 没 朋 到 此 结 束. 大 多 数 棱 镜 还 需 要 在 干 涉 仪 中 作 光 程 差 (OPD) 检 验. 由 于 玻 璃 不 均 匀 性 使 在 棱 镜 中 产 生 光 程 差, 为 此 必 须 检 验 玻 璃 的 均 匀 性. 因 为 光 学 玻 璃 特 别 是 大 块 玻 璃 是 昴 贵 的, 所 以 操 作 者 必 须 处 理 由 于 玻 璃 不 均 匀 性 所 引 起 的 光 程 差 表 8.1 采 用 不 同 牌 号 玻 璃 时, 哈 天 道 威 棱 镜 的 结 构 常 数 N B L H D d D/n 图 为 使 反 射 镜 M1 和 M2 稳 定, 采 用 带 有 第 三 射 镜 M3 的 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪, 检 验 时 可 以 使 棱 反 棱 镜 安 放 更 为 容 易 注 意, 仪 器 对 准 时, 可 以 采 用 低 功 率 激 光 器 光 学 抛 修 是 局 部 修 正 棱 镜 表 面 使 光 程 差 优 于 1/4 条 纹 的 一 项 技 术 镜 放 在 干 涉 仪 中 作 定 量 测 量 时 是 透 射 条 纹 程 长 的 两 倍 假 设 透 射 条 乡 长 分 为 两 部 分, 并 且 假 定 局 部 待 修 的 表 面 为 入 射 面 棱 镜 的 第 二 面 为 出 面 为 防 止 表 面 混 淆, 可 用 胶 带 纸 作 上 记 号 放 在 进 一 步 仪 中 的 有 些 棱 镜 有 缩 小 作 用, 使 干 涉 呼 的 定 位 发 生 困 难 抛 修 棱 镜 时, 最 快 最 好 的 复 位 办 法 是 在 靠 近 棱 镜 处 再 用 第 三 块 反 射 平 面 (M3), 从 而 使 干 涉 仪 稳 定 而 且 可 以 复 查 常 规 装 置 中 的 垂 直 条 纹 另 一 种 方 法 是 用 低 功 率 激 光 器 (0.3mw), 光 线 直 接 通 过 光 束 分 束 器, 棱 镜 和 第 三 块 平 板, 然 后 重 叠 每 一 个 激 光 光 斑 必 须 图 8.7 许 多 典 型 的 双 光 程 OPD 条 纹 显 示 了 均 匀 性 误 差 的 方 向 注 意 这 时 采 用 耐 磨 的 保 护 玻 璃, 仪 器 调 好 后 ( 见 图 8.6) 关 掉 激 光 器 修 整, 局 部 修 整 和 修 磨 为 第 52 页

80 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 同 义 词 引 起 光 程 差 的 条 纹 图 样 通 常 为 象 散 型 的, 如 图 8.7a b 所 示, 但 是 抛 光 表 面 的 象 散 特 征 对 光 程 差 影 响 不 很 大 重 要 的 只 是 在 于 修 整 棱 镜 的 入 射 面, 决 不 能 妄 想 要 入 射 面 与 出 射 面 间 补 偿 抛 修 这 是 因 为 在 棱 镜 ( 例 如 五 棱 镜 ) 的 光 程 长, 有 时 有 两 组 或 多 组 OPD 条 纹, 用 自 准 直 法 再 检 验 偏 差 时 ( 见 第 九 章 ) 必 须 考 虑 出 射 面 及 抛 修 所 引 起 的 变 化 粗 略 地 计 算 表 明, 棱 镜 表 面 四 个 光 圈 的 变 化 引 起 一 个 光 圈 的 OPD(4:1) 这 就 是 为 什 么 初 学 者 对 抛 修 大 为 吃 惊 的 原 因 让 我 们 分 析 一 下 典 型 棱 镜 的 OPD 条 纹 图 形 如 图 8.7a b 所 示, 因 为 条 纹 图 样 存 在 象 散, 故 必 须 在 两 个 平 面 内 检 验 调 整 干 涉 仪 中 M3 夹 具 的 螺 旋 ( 见 图 8.6), 找 出 最 差 的 平 面, 并 决 定 它 是 凹 或 凸 ( 高 或 低 ), 然 后 稍 微 向 后 移 动 M3 使 棱 镜 与 平 面 间 的 光 程 增 加 如 果 条 纹 向 棱 镜 边 缘 走 动, 则 为 凸 表 面 反 之, 如 果 条 纹 向 视 场 中 心 移 动, 则 为 凹 表 面 ( 见 图 8.8, 它 与 约 翰 逊 ( Johnson ) 所 述 ) [Johnson B.K.,Optics and Optics Instrament,Dover,New Uork,1960,PP.200~202.] 用 掺 有 50% 木 屑 的 中 等 硬 度 沥 青 胶 做 几 种 大 小 不 同 的 抛 光 模, 有 些 著 名 的 光 学 专 家, 如 H. 霍 尔 (Hall) 及 D. 亨 德 里 克 斯 采 用 直 径 为 棱 镜 最 大 表 面 直 径 两 倍 的 抛 光 模 其 上 开 有 0.5in 的 方 格 形 槽 并 加 制 了 0.02in 的 小 方 格 压 花 用 凹 或 凸 的 压 制 沥 青 抛 光 模, 表 面 质 量 为 2~6 个 光 圈 凸 面 形 的 抛 光 模 修 整 高 带, 而 凹 面 形 抛 光 模 则 可 以 消 去 低 带 在 任 何 情 况 下 总 是 除 去 一 些 玻 璃 层, 只 有 计 算 机 才 可 能 把 玻 璃 加 到 光 学 表 面 上 去! 图 8.8 光 学 表 面 为 高 圈 或 低 圈 时 条 纹 的 移 动 情 况 研 究 图 8.7(b), 第 一 块 平 面 为 凸 半 个 光 圈, 第 二 兴 表 面 大 概 为 半 个 光 圈 用 有 两 个 光 圈 的 凸 抛 光 模 抛 光 凸 光 圈 的 平 面 抛 光 过 程 中 或 结 束 后 决 不 允 许 用 手 旋 转 棱 镜 抛 光 时 一 组 新 的 动 程 总 是 在 抛 光 模 的 新 带 区 开 始 ( 绕 过 抛 光 模 移 动 ), 用 一 块 光 学 平 面 检 验 表 面 质 量, 确 定 加 工 过 程 是 否 处 于 正 确 的 方 向, 找 出 象 散 表 面 ( 在 光 学 抛 修 时, 一 种 象 散 表 面 转 移 成 另 一 种 象 散 表 面 ) 如 果 表 面 为 3 或 4 个 光 圈, 再 放 到 干 涉 仪 上 检 验, 为 了 使 潜 热 消 散, 应 等 待 5 10min 待 中 心 区 域 变 得 更 加 平 坦, 而 第 二 平 面 多 半 保 持 不 变, 但 是, 条 纹 方 向 旋 转 了 一 个 90 0 方 位 在 最 后 抛 修 期 间, 飞 鸟 状 条 纹 图 样 表 现 为 翼 尖 翘 起 或 塌 下 常 常 发 现 操 作 者 用 大 姆 指 或 中 指 抛 修 条 纹 花 样 的 凸 包 或 谷 粒, 这 样 可 能 易 于 修 过 头, 而 且 必 须 考 虑 棱 镜 从 手 指 吸 收 的 潜 热 局 部 修 正 的 另 外 一 种 方 法 是 采 用 较 小 的 抛 光 模 ( 见 图 8.9) 抛 光 模 直 径 一 般 比 棱 镜 表 面 小 同 时 将 抛 光 模 放 在 压 板 上 成 型 并 添 加 干 的 抛 光 剂 支 防 止 抛 光 盘 与 压 板 粘 住, 并 及 时 将 它 们 固 紧 取 下 时 皮 条 或 塑 料 榔 头 将 其 卸 棱 镜 表 面 上 凹 带 ( 低 ) 之 所 以 被 修 正 过 来, 是 因 为 把 翘 起 的 边 缘 修 低 了 当 进 行 这 种 抛 修 时, 必 须 仔 细 注 意 图 8.9 典 型 小 抛 光 模 局 部 修 正 OPD 条 纹 边 缘 面 形, 以 防 止 塌 边 修 磨 时 即 使 定 位 不 准 确, 使 表 面 发 生 骤 变, 也 可 以 重 新 定 位, 使 之 与 原 来 的 表 面 接 近 开 始 抛 修 一 个 新 的 高 带 以 前, 大 多 使 表 面 有 1~2 个 凸 光 圈 图 8.7(a) 为 一 种 麻 烦 的 情 况, 而 其 它 第 53 页

81 第 八 章 直 角 棱 镜 和 道 威 棱 镜 的 的 图 形 是 差 不 多 的 极 少 数 的 情 况 是 在 五 棱 镜 上 第 一 平 面 有 2~3 个 光 圈, 第 二 平 面 有 关 个 光 圈, 抛 修 最 坏 的 平 面 将 达 到 8~12 个 光 圈 原 先 用 内 自 准 直 法 测 量 所 达 到 的 角 度 精 度, 由 于 抛 光 而 使 精 度 明 显 下 降 当 然, 要 恢 复 角 度 精 度, 必 须 重 新 加 工 入 射 面, 决 不 能 抛 光 已 修 正 好 的 OPD 表 面, 并 应 在 该 面 上 贴 上 胶 带 纸, 以 防 混 淆 习 题 : 1) 直 角 棱 镜 与 45 0 偏 折 的 道 威 棱 镜 有 何 区 别? 2) 直 角 棱 镜 的 哪 一 面 必 须 具 有 最 佳 的 表 面 质 量? 为 什 么? 3) 用 BSC-2 玻 璃 制 作 一 块 小 的 直 角 棱 镜 要 求 相 等 的 45 0 角 +/-5" 并 且 无 尖 塔 差, 玻 璃 表 面 面 形 为 1/4 波 长, 而 且 有 少 于 1/8 波 长 的 不 规 则 性 4) 如 No.3 所 示 棱 镜 的 光 学 公 差 可 以 满 足 OPD 公 差 吗? 检 验 方 法 如 何? 如 何 确 定 已 达 到 1/4 λ 公 差 的 要 求? 5) 第 一 个 45 0 角 是 +8", 第 二 个 45 0 角 是 -8" 的 直 角 棱 镜 能 否 满 足 偏 差 2" 的 要 求? 为 什 么? 参 考 文 献 Chalmer,S.D. and Rylan,F. Collimating Prisms. Trans.Opt.Soc.,London( ). De Vany,A.S. Making Right-Angle and Dove Prsms, Appl.Opt.,7,1085(1968). De Vany,A.S. Testing a Prism s Compound reflecting-gacc Angles, Appl.Opt., 14, (1975) De Vany,A.S. Correcting Glass Angles of a Prism,Appl.Opt.,16, (1977) De Vany,A.S. Tesing Glass Reflecting-Angles of Prisms, Appl.Opt.,17, (1978). Ferson,F.B. Prisms,Flats,Mirrors, in Amatuer Telecope Making-Advance, A.G.Ingalls, Ed.,Sci.Am (1959). Glazerbrook.R.Dictionary of Applied Pyhysics,Vol.4.Macmillan,New York,1923,pp.117. Guild,J.Proc.Opt.Soc.(London),22,No.3,139(1915). Guild,J.Proc.Phys,Soc. (London),28,60(1915). Guild,J.Trans.Opt.Soc.(London),22,153( ). Johnson,B.K>Optics andf Optical Instruments, Dover,New York,pp Moffitt,G.W. Collimation kf Prisms, J.Opt.Soc.Am.Rev.Sci.Instrum.,7,830(1923). Tyman,F.Prism and Lens Making.2nd ed.,hilger and Watts,London,1952.pp Wagner,A.P.Experimental Optics,Wiley,New Youk,1929,pp Wright,F.E.The Manufacturing of Optical Glass and Optical Instruments, Bureau of Ordnance, Washington,D.C., Wright,F.E. Prism Making, J.Opt.Soc.Am.,5, (1921). 第 54 页

82 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 早 期 泰 曼 讨 论 过 用 泰 曼 格 林 (Twyman Green) 干 涉 仪 来 比 较 测 量 棱 镜 的 角 度 棱 镜 的 角 度 复 制 是 用 光 胶 在 棱 镜 抛 光 参 政 面 上 的 标 准 角 度 棱 镜 按 干 涉 计 量 的 法 来 实 现 的 平 面 干 涉 仪 是 一 种 改 进 型 的 菲 索 干 涉 仪, 采 用 小 功 率 激 光 器 (0.3mv) 或 舌 簧 式 水 银 灯 作 光 源 激 光 照 明 可 以 使 干 涉 图 投 影 在 毛 玻 璃 上, 而 汞 灯 照 明 只 能 用 肉 眼 观 察 干 涉 图 激 光 使 棱 镜 表 面 与 光 胶 上 的 标 准 棱 镜 表 面 相 距 几 个 厘 米 时 仍 能 观 察 到 干 涉 图 本 文 讨 论 了 制 造 典 型 棱 镜 的 某 些 基 本 光 学 工 序, 例 如 具 有 几 个 大 而 不 等 角 度 的 五 角 棱 镜 ; 讨 论 了 用 平 面 干 涉 仪 干 涉 比 较 测 量 法 检 验 典 型 棱 镜 并 用 标 准 角 度 棱 镜 在 五 角 棱 镜 上 复 制 玻 璃 角 ; 对 其 它 光 学 检 验 方 法 也 作 了 讨 论 1. 平 面 干 涉 仪 的 设 计 平 面 干 涉 仪 的 典 型 设 计 之 一 是 用 一 块 平 凸 透 镜 作 物 镜, 透 镜 的 平 面 起 光 学 平 晶 作 用, 用 激 光 作 照 明 光 源 时 凸 面 为 球 面, 用 水 银 灯 作 光 源 时 凸 面 则 为 双 曲 面 如 果 开 始 加 工 时 用 一 个 直 径 为 透 镜 直 径 的 玫 瑰 花 瓣 形 抛 光 模, 则 抛 光 成 形 非 球 面 并 不 困 难. 它 用 刀 口 仪 或 者 用 每 毫 米 5 条 线 的 罗 契 光 栅 作 零 位 检 测 并 抛 修. 实 质 上, 这 就 是 制 造 卡 塞 格 林 望 远 镜 的 双 曲 面 副 镜 时 的 诺 曼 (Norman) 光 学 检 测 照 明 小 孔 的 光 源 波 长 必 须 是 平 面 干 涉 仪 预 定 要 用 的 光 源 波 长 透 镜 材 料 ( 对 f/6.0, 口 径 为 102mm 或 153mm 的 透 镜 ) 用 ULE 石 英 或 预 先 挑 好 的 铈 维 特 (Cer Vit) 零 膨 胀 系 数 的 玻 璃 陶 瓷 ( 见 图 9.1) 另 外 一 种 设 计 方 案 是 用 平 面 干 涉 仪 的 预 定 光 源 校 正 了 色 差 的 F/6.0 两 片 物 镜 组, 另 一 块 元 件 是 楔 形 平 面 板, 它 的 第 一 面 作 为 标 准 平 面 ( 十 分 之 一 光 圈 ); 第 二 面 形 成 楔 角 ; 使 系 统 内 部 的 杂 散 光 线 反 射 到 系 统 的 外 面 图 9.1 在 两 种 设 计 的 平 面 干 涉 仪 中 都 采 用 了 一 块 小 的 平 面 反 射 镜 转 折 光 路, 以 保 证 结 构 紧 凑 大 视 场 目 镜 用 于 找 到 两 个 象 点, 两 个 象 点 垂 合 时 就 形 成 了 干 涉 图 当 然, 从 光 路 中 旋 出 目 镜 以 后 可 以 观 察 到 投 影 的 干 涉 图 用 激 光 光 源 照 明 时, 在 目 镜 内 必 须 装 上 密 度 足 够 的 中 性 滤 光 片 用 一 个 附 加 的 装 置 作 检 测 棱 镜 的 倾 斜 工 作 台 虽 然 不 是 经 常 地, 但 有 时 平 面 干 涉 仪 的 工 作 台 必 须 从 它 的 常 规 水 平 位 置 偏 置 例 如 抛 光 时, 标 准 棱 镜 光 胶 脱 开 了, 就 必 须 重 新 光 胶 到 五 棱 镜 表 面 上, 以 重 新 建 立 干 涉 比 较 装 置 这 似 乎 不 太 可 能, 但 是 确 实 可 以 实 现 光 学 车 间 里 平 面 干 涉 仪 在 许 多 用 途, 例 如, 检 测 光 楔 的 平 行 性 平 面 的 面 形 质 量 和 泰 曼 第 55 页

83 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 佩 里 法 检 测 玻 璃 的 均 匀 性 棱 镜 角 度 的 复 制 及 标 准 块 规 的 厚 度 检 查 等 用 这 种 干 涉 仪 检 验 时 零 件 时 因 为 抛 光 表 面 与 光 学 平 面 不 接 触, 不 会 使 抛 光 表 面 擦 出 划 痕 加 州 的 西 柯 韦 纳 戴 维 森 制 造 了 直 径 为 4~12in 的 平 面 干 涉 仪 ( 见 图 4.5) 2. 标 准 角 度 棱 镜 标 准 角 度 棱 镜 是 用 光 学 玻 璃 制 造 的, 常 用 牌 号 为 BSC 2 或 BK7 最 主 要 的 角 度 有 和 90, 这 些 角 度 根 据 道 威 (Dove) 重 叠 法 可 以 在 光 学 平 面 上 用 三 角 棱 镜 进 行 干 涉 检 验 最 为 广 泛 使 用 的 标 准 角 度 棱 镜 之 一 是 有 两 个 45 反 射 面 和 一 个 90 面 的 直 角 棱 镜 如 果 按 照 第 八 章 所 介 绍 的 光 学 加 工 方 法, 这 些 棱 镜 易 于 制 造 标 准 棱 镜 的 侧 面 磨 成 毛 面, 倒 去 全 部 棱 边 和 三 面 角, 倒 边 宽 度 为 1mm 棱 镜 的 底 面 长 度 未 加 限 制, 但 是 易 于 加 工 的 理 想 尺 寸 为 1in 标 准 棱 镜 抛 光 后, 棱 镜 的 最 后 形 状 就 形 成 了 倒 大 边 并 倒 去 三 面 角 后, 光 胶 与 加 固 工 作 就 易 于 实 现 如 果 这 些 棱 镜 象 直 角 棱 镜 那 样 制 造, 则 标 准 棱 镜 的 所 有 反 射 面 都 应 具 有 精 密 的 角 度 三 个 工 作 面 的 90 度 侧 面 角 必 须 抛 光 到 5 误 差 以 内 可 以 用 抛 光 模 修 改 角 度 并 且 用 道 威 法 作 干 涉 测 量 道 威 的 超 精 测 量 法 归 结 到 一 点 : 必 须 用 棱 镜 的 水 平 面 调 出 安 装 在 光 学 平 面 上 的 标 准 棱 镜 条 纹, 因 而 棱 镜 的 垂 直 面 必 须 和 光 学 平 面 正 交 为 了 提 高 两 个 抛 光 面 ( 一 个 在 被 检 棱 镜 上, 一 个 在 标 准 棱 镜 上 ) 相 干 条 纹 的 对 比 度, 标 准 棱 镜 不 应 镀 铝 3. 棱 镜 的 制 造 标 准 直 角 棱 镜 的 检 测 方 法 可 以 应 用 于 许 多 类 型 的 棱 镜, 例 如 别 汉 棱 镜 普 罗 棱 镜 道 威 棱 镜 和 施 密 特 棱 镜 现 在 应 用 于 五 角 棱 镜 的 生 产 注 意 五 角 棱 镜 的 45 角 面 是 很 重 要 的, 因 为 光 路 在 该 面 发 生 两 次 反 射 在 讨 论 中 假 定 某 些 基 本 知 识 已 经 知 道, 例 如, 五 角 棱 镜 的 最 后 形 状, 所 有 尺 寸 必 须 加 工 到 上 公 差, 必 须 用 同 一 参 考 面 修 磨 所 有 角 度, 用 精 密 量 角 器 和 精 密 90 度 角 尺 测 量 反 射 角 因 为 参 考 的 抛 光 侧 面 要 和 标 准 棱 镜 接 触, 所 以 应 该 用 盖 玻 片 和 一 张 透 镜 纸 胶 有 参 考 面 上 以 防 擦 伤 当 标 准 直 角 棱 镜 用 作 五 角 棱 镜 的 参 考 面 时, 任 何 角 度 误 差 均 可 以 修 磨 掉 将 棱 镜 放 在 100 (212 F) 电 炉 上 加 热 后 取 下 盖 玻 片, 冷 却 至 室 温, 在 二 甲 苯 或 丙 酮 中 清 洗, 然 后 再 在 洗 滌 剂 及 水 溶 液 中 清 洗 按 第 六 章 所 介 绍 的 办 法 将 洗 净 的 棱 镜 放 在 三 只 用 蜡 胶 粘 的 尼 龙 球 上 将 小 (2.5mm) 而 精 密 的 镀 铝 平 行 平 面 板 湿 贴 到 棱 镜 的 磨 砂 面 上, 使 之 具 有 反 射 性 这 些 内 容 大 部 分 在 第 六 章 中 已 讨 论 过 光 胶 法 在 本 章 中 并 未 涉 及 ( 见 附 录 9) 光 胶 的 要 点 是 要 充 分 注 意 清 洁, 操 作 必 须 在 无 尘 区 内 完 成 用 丙 酮 和 清 洗 的 亚 麻 布 两 次 清 擦 棱 镜 以 后, 还 需 要 几 种 在 市 场 上 可 以 买 到 的 抗 静 电 液 体 清 洁 之 开 始 时 在 一 个 角 上 使 用 标 准 棱 镜 的 45 度 面, 并 要 做 一 次 光 胶 光 胶 时 注 意 出 现 的 条 纹, 将 棱 镜 慢 慢 地 向 中 心 移 动, 直 到 准 直 管 中 的 象 接 近 重 合 时 再 压 紧 棱 镜, 喷 射 一 点 丙 酮 使 光 胶 更 为 牢 固 标 准 棱 镜 的 四 周 倒 角 处 涂 以 虫 胶 漆 这 样 做 虽 然 是 困 难 的, 但 是 做 几 次 以 后 就 容 易 掌 握 了 使 光 胶 的 标 准 直 角 棱 镜 的 45 度 反 射 角 面 调 整 到 与 五 角 棱 镜 的 45 度 面 平 行, 如 图 9.2 所 示 利 用 干 涉 图 样 使 五 角 棱 镜 的 一 个 面 一 直 保 持 近 似 平 行 准 直 管 中 垂 直 线 所 显 示 的 几 分 的 角 度 分 离 量 可 在 以 后 修 磨 这 里 要 求 标 准 直 角 棱 镜 光 胶 得 尽 可 能 牢 固 拆 光 胶 是 容 易 的 : 首 先 用 丙 酮 清 洗 掉 虫 胶 漆, 再 用 一 根 桔 树 劈 尖 棒 在 标 准 直 角 棱 镜 的 大 倒 边 处 撬 一 下 就 可 脱 胶 注 意 条 纹 将 从 棱 镜 上 逐 步 消 失 较 牢 固 的 光 胶 用 一 只 小 的 本 生 灯 ( 一 种 煤 气 灯 ) 缓 缓 加 热 标 准 棱 镜 而 拆 开 光 胶 当 棱 镜 拆 开 时, 可 以 听 到 清 脆 的 劈 啪 一 声 另 外, 用 买 来 的 剃 刀 刃 撬 棱 镜 的 倒 角 也 是 拆 开 棱 镜 的 常 用 方 法 4. 研 磨 和 抛 光 45 度 角 第 56 页

84 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 研 磨 和 抛 光 阶 段 采 用 了 标 准 直 角 棱 镜 图 9.3a 和 b 所 示 为 一 台 自 准 直 按 外 自 准 直 法 检 验 45 度 复 合 反 射 角 棱 镜 可 以 交 替 地 旋 转, 它 放 在 用 蜡 胶 在 一 块 旧 的 镀 铝 平 板 上 的 三 个 尼 龙 球 上, 所 以 是 一 种 精 确 的 方 法 研 磨 上 表 面 之 前, 在 五 角 棱 镜 表 面 上 湿 贴 一 块 镀 铝 平 板, 在 自 准 直 仪 中 观 察 与 比 较 镀 铝 平 面 和 标 准 棱 镜 45 度 角 的 反 射 象 如 果 两 个 象 有 些 分 离, 则 要 在 自 准 直 仪 中 观 察 到 重 合 的 象 来 确 定 修 整 五 角 棱 镜 的 方 向 在 棱 镜 上 使 用 接 触 法, 即 用 手 指 在 待 修 整 的 45 度 和 90 度 角 的 加 压 点 上 压 一 下, 同 时 在 自 准 直 仪 目 镜 中 观 察 到 的 是 象 趋 向 于 重 合 为 了 保 证 准 直 管 中 观 察 到 的 是 棱 镜 参 考 面 而 不 是 光 胶 直 角 标 准 棱 镜 的 平 行 侧 面 ( 如 果 观 察 到 分 离 的 象, 标 准 棱 镜 两 侧 面 可 能 不 平 行 ), 可 以 在 标 准 棱 镜 上 放 上 一 块 硬 纸 板 挡 住 光 线 硬 纸 板 移 去 时, 如 果 仅 观 察 到 一 个 象, 则 标 准 棱 镜 的 两 个 图 9.2 侧 面 是 互 相 平 行 的 在 任 何 情 况 下, 总 是 应 该 用 图 9.3 棱 镜 的 参 考 面 细 磨 时 经 常 需 要 用 五 角 棱 镜 上 的 一 个 加 压 点 同 时 修 磨 五 角 棱 镜 的 两 个 角 度 按 五 角 棱 镜 要 求 的 方 向 加 压, 使 准 直 管 串 的 象 重 合 在 一 起 细 磨 时 棱 镜 的 加 压 点 是 两 个 之 间 的 中 点 如 图 9.3 所 示, 当 用 自 准 直 仪 的 两 种 测 量 方 法 所 获 得 的 象 均 已 重 合 时, 则 五 角 棱 镜 可 以 抛 光 了 注 意 研 磨 表 面 应 该 凹 1 2 个 光 圈, 因 为 两 个 凸 面, 即 一 个 凸 面 是 在 五 角 棱 镜 上, 另 一 个 是 沥 青 抛 光 模 的 凸 面 ( 用 压 板 成 形 ) 相 互 抛 光 是 不 合 算 的 在 检 验 细 磨 表 面 面 形 时 95 号 砂 可 以 在 棱 镜 表 面 上 放 一 小 块 光 学 平 晶 ( 车 间 用 ), 在 单 色 光 下 观 察 条 纹 整 个 装 置 必 须 保 持 在 人 眼 的 水 平 线 上, 用 这 种 方 法 观 察 到 的 光 圈 数 可 以 放 大 几 倍 用 同 样 的 研 磨 与 检 验 法 细 磨 五 角 棱 镜 的 45 度 表 面 的 第 二 面 如 果 细 磨 阶 段 已 经 加 工 很 好, 则 所 有 准 直 测 量 的 象 均 重 合 角 度 误 差 很 容 易 通 过 抛 光 来 修 正, 而 且 两 个 棱 镜 间 的 角 度 可 用 平 第 57 页

85 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 面 干 涉 仪 的 干 涉 测 量 法 复 制 5. 平 面 干 涉 仪 的 使 用 将 粗 抛 光 的 45 度 角 的 第 一 面 放 在 干 涉 仪 的 倾 斜 工 作 台 上 的 铺 有 毛 毡 的 木 制 凹 槽 夹 具 中, 将 干 涉 仪 下 降 到 距 棱 镜 表 面 为 1cm 处 在 目 镜 中 找 到 两 个 象, 当 两 象 重 合 时 就 形 成 干 涉 图 再 旋 出 目 镜 直 接 观 察 干 涉 图 然 后 调 整 倾 斜 工 作 台, 使 标 准 直 角 棱 镜 的 整 个 2.5mm 表 面 上 产 生 三 条 干 涉 条 纹 如 果 在 直 角 标 准 棱 镜 和 五 角 棱 镜 上 都 观 察 到 等 距 直 的 平 行 条 纹, 表 示 两 个 表 面 已 复 制 成 功 然 而 大 多 数 的 情 况 是 两 个 被 检 平 面 中 的 一 个 有 互 相 平 行 的 直 条 纹, 而 另 一 个 平 面 将 观 察 到 与 标 准 直 角 棱 的 平 行 条 纹 倾 斜 的 条 纹 两 个 平 面 上 的 条 纹 斜 度 可 以 有 一 些 变 化 条 纹 的 斜 度 与 数 目 表 示 出 五 角 棱 镜 的 角 度 误 差 是 锐 角 ( 负 ) 或 钝 角 ( 正 ) 如 图 9.4 轻 轻 地 加 压 置 有 棱 镜 的 倾 斜 工 作 台, 使 光 程 增 大 以 确 定 最 低 区 或 条 纹 跑 出 点 如 果 用 直 角 标 准 棱 镜 上 的 参 政 条 纹 作 基 准, 则 五 角 棱 镜 上 的 条 纹 跑 出 点 就 是 被 检 面 的 最 低 区 工 人 们 经 常 用 条 纹 象 水, 总 往 出 下 流 来 形 容 条 纹 五 角 棱 镜 的 条 纹 跑 出 点 到 棱 镜 的 高 区 必 须 是 180 度 而 且 必 须 始 终 在 两 个 平 面 上 检 查 该 跑 出 点, 即 与 五 角 棱 镜 成 直 角 的 平 面 ( 见 图 9.4) 在 图 9.4 中 画 了 一 个 圆, 并 用 四 个 象 限 来 表 示 五 角 棱 镜 的 条 纹 跑 出 区 用 标 准 棱 镜 在 两 个 平 面 中 观 察 跑 出 点, 将 低 区 标 上 圈, 两 个 跑 出 点 的 中 间 就 是 五 角 棱 镜 的 最 低 区 五 角 棱 镜 上 的 最 低 点 的 180 度 方 向 或 中 点 对 面 就 是 最 高 点 ( 见 图 9.4) 抛 光 时 为 了 修 正 棱 镜 两 个 面 的 角 图 9.4 度 误 差, 在 棱 镜 的 最 高 区 施 加 压 力 用 平 面 干 涉 仪 可 以 明 显 地 检 验 出 玻 璃 表 面 的 缺 陷, 例 如, 象 散 柱 形 差 和 塌 边, 当 抛 光 棱 镜 表 面 获 得 优 于 八 分 之 一 光 圈 并 在 五 角 棱 镜 和 标 准 直 角 棱 镜 上 出 现 等 距 平 行 的 直 条 纹 时, 则 该 表 面 加 工 完 毕 用 同 样 的 方 法 抛 光 第 二 面 及 修 正 角 度, 抛 光 时 用 加 压 法 来 确 定 五 角 棱 镜 的 最 高 区, 这 里 大 多 用 干 涉 检 测 法 复 制 角 度 在 实 现 用 一 些 标 准 角 度 棱 镜 高 速 批 量 生 产 五 角 棱 镜 和 其 它 棱 镜 之 前 必 须 具 有 一 些 经 验 这 里 不 可 能 阐 述 角 度 误 差 所 引 起 的 斜 条 纹 的 各 种 变 化 这 个 方 法 在 许 多 方 面 类 似 用 已 知 高 度 的 块 规 来 计 量 未 知 的 高 度, 与 块 规 的 差 别 是 必 须 找 到 标 准 块 的 光 胶 面, 在 这 种 情 况 下 标 准 角 度 棱 镜 光 胶 有 被 加 工 棱 镜 参 考 面 上 对 被 加 工 棱 镜 误 差 的 粗 略 估 计 是 在 50mm 大 小 的 棱 镜 表 面 上 的 一 条 条 纹 等 于 1 角 度 误 差 6.90 度 入 射 面 和 出 射 面 的 研 磨 与 抛 光 在 五 角 棱 镜 参 考 面 上 再 次 光 胶 标 准 棱 镜 之 前, 五 角 棱 镜 的 一 个 90 度 面 应 作 初 步 的 细 磨 检 图 9-5 第 58 页

86 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 图 9-6 验 五 角 棱 镜 入 射 面 和 出 射 面 所 形 成 的 三 个 90 度 角, 就 是 入 射 面 和 出 射 面 所 形 成 的 实 际 90 度 角 以 及 入 射 面 与 出 射 面 分 别 形 成 的 两 个 侧 面 角 如 果 用 自 准 直 法 对 准 五 角 棱 镜 的 两 个 90 度 面 中 的 一 个 面 则 形 成 22.5 倾 角 这 个 倾 角 可 以 直 接 从 标 准 角 规 系 列 中 得 到 再 将 精 密 平 行 平 面 板 ( 等 于 或 小 于 5 ) 放 在 用 蜡 粘 结 成 的 三 个 尼 龙 球 上 下 一 步 是 将 自 准 直 仪 对 准 22.5 标 准 角 表 面 并 得 到 较 好 的 反 射 象 准 直 管 应 该 严 格 固 紧 并 使 十 字 丝 对 准 反 射 象 拿 下 平 行 平 板 将 五 角 棱 镜 放 在 三 个 尼 龙 球 上 [ 见 图 9.5a 和 b], 读 取 五 角 棱 镜 45 度 角 抛 光 面 的 反 射 象 的 读 数, 准 直 管 中 十 字 丝 反 射 象 的 分 离 就 表 示 误 差 下 一 步 将 棱 镜 转 向, 检 测 90 度 侧 面 角, 如 图 9.5b 所 示 自 准 直 仪 对 准 贴 于 棱 镜 面 上 的 一 块 小 平 行 平 板 首 先 用 五 角 棱 镜 抛 光 参 考 面 检 测 90 度 侧 面 角, 然 后 用 湿 贴 平 行 平 板 的 办 法 转 动 五 角 棱 镜 检 测 90 度 面 这 里 必 须 如 第 4 节 所 述 的 方 法 细 磨 90 度 复 合 角, 所 有 的 反 射 象 都 是 以 准 直 管 的 十 字 丝 作 参 考 标 准 的 在 预 细 磨 完 成 以 后 再 着 手 光 胶 标 准 直 角 棱 镜 90 度 面, 使 这 平 行 于 五 角 棱 镜 的 细 磨 面 当 然, 与 光 胶 标 准 直 角 有 关 的 第 二 个 面 还 没 有 细 磨, 是 下 一 步 的 工 作 按 附 录 9 所 示 方 法 光 胶 标 准 三 角 棱 镜, 有 步 骤 如 下 : 按 照 图 9.6a 和 b 光 胶 标 准 棱 镜, 重 新 细 磨 入 射 面 和 出 射 面 当 然 这 时 要 用 到 光 胶 在 五 角 棱 镜 参 考 面 上 的 标 准 棱 镜 的 90 度 角 在 准 直 光 管 中 观 察 到 的 微 量 误 差 大 多 是 由 于 光 胶 标 准 直 角 棱 镜 时 引 起 的 两 个 90 度 面 包 括 了 与 高 精 度 45 度 角 有 关 的 微 小 误 差, 但 是 对 五 角 棱 镜 的 性 能 不 会 产 生 可 以 觉 察 的 影 响 总 之, 加 工 出 射 面 时, 所 有 存 在 的 误 差 均 得 到 了 修 正 这 里 必 须 强 调 的 是, 细 磨 所 有 的 角 度 使 之 用 准 直 管 检 测 时 均 已 使 十 字 丝 象 重 合 ( 包 括 三 个 90 度 角, 即 入 射 面 与 出 射 面 所 形 成 的 90 度 和 两 个 90 度 侧 面 角 ) 再 重 复 一 遍, 应 该 注 意 检 测 90 度 侧 面 角 ( 控 制 尖 塔 差 ) 使 之 确 保 准 直 仪 对 准 抛 光 的 参 考 侧 面 而 不 是 标 准 棱 镜 的 侧 面 许 多 标 准 棱 镜 的 两 个 侧 面 并 不 平 行 这 可 以 用 一 张 硬 纸 板 遮 住 光 胶 在 五 角 棱 镜 上 的 标 准 直 角 棱 镜 的 抛 光 面 来 检 验 之 90 度 的 入 射 面 和 出 射 面 的 抛 光 与 复 制 如 第 4 节 所 述 入 射 面 粗 抛 光 后 用 平 面 干 涉 仪 检 验, 并 用 标 准 直 角 棱 镜 被 检 平 面 上 的 三 条 等 距 平 行 的 直 条 纹 来 检 验 五 角 棱 镜 的 表 面 如 果 五 角 棱 镜 抛 光 面 的 干 涉 图 出 现 斜 条 纹, 则 有 两 个 条 纹 跑 出 点 棱 镜 的 复 制 必 须 达 到 1/8 个 光 圈 和 完 善 抛 光 当 然 如 果 棱 镜 材 料 的 均 匀 性 好, 则 不 需 要 作 光 学 修 整 ( 见 附 录 8) 仿 照 入 射 面 来 加 工 五 角 棱 镜 的 最 后 一 个 出 射 面 按 照 加 工 五 角 棱 镜 入 射 面 的 方 法 来 粗 抛 光 出 射 面 在 这 个 抛 光 阶 段 中, 当 复 制 的 角 度 在 两 个 棱 镜 的 两 个 平 面 上 仅 相 差 1 2 条 条 纹 而 面 形 质 量 约 为 1/4 个 光 圈 时, 抛 光 可 以 立 即 中 止 ( 当 然, 所 有 的 检 测 均 在 平 面 干 涉 仪 上 进 行 为 了 用 准 直 仪 观 察 内 反 射 象, 五 角 棱 镜 必 须 在 两 个 表 面 上 镀 铝 或 镀 银 45 度 的 一 个 面 和 完 工 的 90 度 入 射 面 ( 见 附 录 7) 在 准 直 仪 前 面 检 测 带 有 粗 抛 表 面 的 镀 膜 棱 镜, 这 时 可 以 观 察 到 尖 塔 角 及 全 部 角 度 误 差 两 根 垂 直 线 表 示 尖 塔 角 误 差, 两 根 水 平 线 表 示 角 度 误 差 图 7.2(1 8) 表 示 了 多 重 反 射 象 图 形, 角 度 的 修 正 在 第 七 章 中 已 作 了 讨 论 图 9.7 第 59 页

87 第 九 章 用 标 准 的 棱 镜 和 平 面 干 涉 仪 复 制 棱 镜 角 度 如 果 准 直 管 检 验 中 发 现 象 分 离 很 大, 不 能 用 抛 光 修 正 过 来, 则 可 能 是 下 述 情 况 引 起 的 : 第 一, 没 有 严 格 完 成 复 制 工 作 ; 第 二, 标 准 棱 镜 存 在 误 差 ; 第 三, 与 五 角 棱 镜 的 尺 寸 比 较, 标 准 棱 镜 尺 寸 太 小 解 决 的 办 法 是 在 两 个 直 角 方 向 重 新 研 磨 和 抛 光, 用 内 自 准 直 检 测 法 使 两 象 重 合 ( 见 第 七 章 ) 注 意 : 用 自 准 直 法 检 验 五 角 棱 镜 时, 不 能 使 标 准 直 角 棱 镜 脱 胶 因 为, 这 时 一 般 要 用 抛 光 修 正 抛 光 过 程 中 用 平 面 干 涉 仪 作 干 涉 检 测 和 对 五 角 棱 镜 作 自 准 直 检 测, 直 到 达 完 善 的 抛 光 和 反 图 9.8 射 角 的 象 重 合 为 止 当 然, 自 准 直 象 重 合 时, 五 角 棱 镜 的 角 度 复 制 就 不 需 要 了 此 时 抛 光 的 面 形 质 量 可 以 达 到 小 于 1 个 光 圈 及 凸 的 面 形 因 为 折 射 率 的 微 小 差 异, 要 达 到 最 好 的 性 能 需 要 在 高 区 作 局 部 区 域 的 修 抛 ( 见 附 录 8) 所 有 的 棱 镜 都 在 泰 曼 格 林 干 涉 仪 或 亨 德 克 斯 干 涉 仪 上 测 量 出 光 程 差 (OPD) 同 时 应 注 意, 过 多 地 修 抛 五 角 棱 镜 会 引 起 角 度 变 化 ; 镀 过 膜 的 入 射 面 必 须 用 抛 光 修 正 ; 已 修 整 过 的 出 射 面 必 须 用 一 小 块 胶 带 纸 做 上 记 号, 以 防 抛 错 表 面 7. 结 论 这 些 工 艺 方 法, 包 括 用 标 准 角 度 棱 镜 光 胶 到 被 加 工 棱 镜 的 参 考 面 上 等, 已 经 成 功 地 用 于 大 量 生 产 许 多 类 型 的 精 密 棱 镜 平 面 干 涉 仪 可 以 用 比 较 法 控 制 棱 镜 反 射 角 的 复 制 用 精 细 的 技 艺 和 适 当 的 抛 光 方 法 可 使 自 准 直 仪 观 察 到 的 自 准 象 重 合 在 一 起, 以 达 到 棱 镜 的 最 后 修 正 同 时 当 用 干 涉 法 检 查 光 学 表 面 与 角 度 偏 差 时, 棱 镜 的 允 差 按 光 程 差 必 须 控 制 到 四 分 之 一 光 圈 ( 同 光 路 干 涉 仪 检 查 ) 之 内 ( 见 图 9.7 和 9.8) 练 习 题 : 1. 试 写 出 四 种 ( 至 少 ) 用 于 棱 镜 光 学 检 测 的 平 面 干 涉 仪 名 称 2. 当 制 造 典 型 大 棱 镜 时, 试 写 出 在 棱 镜 上 光 胶 标 准 棱 镜 的 四 个 优 点 3. 试 画 出 自 准 直 仪 出 射 并 通 过 五 角 棱 镜 的 平 行 光 束 4. 将 一 块 小 的 直 角 棱 镜 用 光 胶 法 光 胶 到 大 直 角 棱 镜 上, 或 用 沥 青 粘 结 胶 胶 结 于 另 一 棱 镜 上 用 自 准 直 仪 对 准 组 合 棱 镜 并 使 两 棱 镜 间 的 各 个 表 面 重 合 5. 五 角 棱 镜 有 什 么 用 途? 第 60 页

88 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 3~4 倍 ), 必 须 用 A A 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 in 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 1~2 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 第 62 页

89 第 十 章 菱 形 棱 镜 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 第 63 页

90 第 十 章 菱 形 棱 镜 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 80 c, 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 3 4 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 第 64 页

91 第 十 章 菱 形 棱 镜 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 为 最 后 修 整 时 的 压 力 点 修 正 菱 形 棱 镜 的 角 度 使 十 字 线 象 重 合 以 后, 还 必 须 使 表 面 完 全 抛 光 合 格 的 表 面 质 量 为 优 于 1/8 光 圈, 而 且 无 道 子 无 砂 眼 图 检 验 完 工 后 棱 镜 的 内 自 准 法 习 题 : 1 制 作 一 对 小 的 尺 寸 相 同 的 菱 形 棱 镜 2 表 示 出 菱 形 棱 镜 中 的 光 路 入 射 面 和 出 射 面 的 中 心 距 为 3in, 玻 璃 厚 度 为 2in 求 玻 璃 内 光 线 走 过 的 几 何 长 度? 3 叙 述 泰 曼 资 金 效 应 4 为 什 么 菱 形 棱 镜 价 格 昂 贵? 5 叙 述 菱 形 棱 镜 45 角 的 内 自 准 直 检 验 方 法 第 65 页

92 第 十 一 章 精 密 分 束 器 第 十 一 章 精 密 分 束 器 精 密 分 束 器 是 从 一 细 长 条 形 棱 镜 上 切 下 来 的 两 块 相 同 的 直 角 棱 镜 并 按 45 角 胶 合 而 成 的 这 里 介 绍 它 的 简 单 生 产 过 程 显 然, 任 何 直 角 棱 镜 的 90 面 均 带 有 几 分 误 差 ( 由 两 个 互 相 补 偿 的 角 度 形 成 ), 故 棱 镜 直 角 总 是 钝 角 ( 正 ) 或 锐 角 ( 负 ) 制 作 时, 在 长 方 形 棱 镜 的 一 个 端 部 湿 贴 一 小 块 镀 铝 的 平 行 板, 则 能 使 尖 塔 差 控 制 到 最 小 值 这 种 制 作 方 法, 只 要 微 量 转 动 一 下 胶 成 分 束 器 的 一 对 棱 镜, 一 般 可 以 使 尖 塔 差 为 霍, 必 然 小 于 30 1 玻 璃 的 准 备 工 作 长 方 形 直 角 棱 镜 的 一 般 制 作 过 程 如 下 : 将 玻 璃 圆 盘 研 磨 和 粗 抛 光 成 平 行 平 板 (20 ), 以 便 于 检 验 应 力 均 匀 性 气 泡 等 等 ( 见 第 五 章 ) 在 合 格 的 玻 璃 毛 坯 两 边 贴 上 防 水 胶 带 纸 用 金 刚 石 锯 片 切 割 成 长 方 形 玻 璃 块 以 前, 要 预 先 划 线, 划 线 的 尺 寸 应 保 证 锯 切 铣 磨 研 磨 成 长 方 形 棱 镜 ( 玻 璃 比 劳 动 力 更 便 宜 ) 时 有 足 够 的 玻 璃 余 量 直 角 棱 镜 尺 寸 取 决 于 完 工 后 分 束 器 的 底 边 长 度 和 切 开 直 角 棱 镜 的 对 数 显 然, 底 边 长 度 为 8 10mm 的 棱 镜 不 能 做 得 太 长, 但 是 对 于 底 边 长 度 大 于 25mm 的 大 棱 镜 可 以 做 得 更 长 些 长 方 形 棱 镜 的 长 度 宜 于 做 到 足 以 提 供 2 3 对 小 棱 镜 和 4 对 以 上 的 大 棱 镜 (10mm 以 上 ) 划 线 时 要 留 足 够 的 细 磨 余 量 由 于 金 刚 锯 切 时 会 引 起 光 学 抛 光 表 面 的 挠 曲 ( 泰 曼 效 应 ), 应 细 磨 和 粗 抛 光 锯 口, 以 消 除 这 种 应 力 棱 镜 的 总 长 度 受 两 个 因 素 限 制 : 第 一, 把 长 的 玻 璃 条 切 割 为 两 部 分 具 有 45 角 的 金 刚 石 锯 片 的 尺 寸 ; 第 二, 铣 磨 和 细 磨 长 方 形 棱 镜 的 槽 形 夹 具 尺 寸 对 角 线 切 割 或 把 玻 璃 块 切 割 为 两 个 修 正 45 直 角 棱 镜 是 一 项 危 险 的 操 作 为 使 安 全 应 在 长 方 形 玻 璃 块 装 入 夹 具 时, 用 沥 青 胶 胶 牢 两 个 面 ( 见 图 11 1) 把 夹 具 安 装 在 锯 床 的 滑 动 工 作 台 上, 锯 片 对 准 玻 璃 块 一 端 2mm 的 倒 角 面 最 好 用 三 份 水 白 松 香, 三 份 蜂 蜡 和 二 份 地 蜡 ( 按 重 量 ) 配 成 低 温 沥 青 胶 粘 结 夹 具 组 件 装 上 后 在 靠 近 夹 具 切 割 处 垫 一 块 有 锯 槽 孔 的 橡 皮, 以 防 止 玻 璃 破 裂 棱 镜 锯 开 后, 从 夹 具 上 取 下 并 立 即 在 平 磨 模 上 倒 去 危 险 的 尖 锐 棱 边 图 11.1 将 长 方 形 玻 璃 块 锯 成 两 块 长 方 形 直 角 棱 镜 的 英 大 正 形 夹 具 2 铣 磨 成 形 研 磨 和 抛 光 在 45 凹 槽 夹 具 中 铣 磨 粗 糙 的 长 方 形 棱 镜, 应 确 保 透 镜 纸 和 夹 具 的 45 英 大 正 形 槽 的 垂 直 面 不 超 出 棱 镜 的 抛 光 面, 并 且 不 必 考 虑 玻 璃 靠 板 与 长 方 形 棱 镜 第 二 面 间 的 空 气 隙 铣 磨 好 第 一 个 45 面 以 后 再 铣 磨 第 二 个 45 面 用 透 镜 纸 保 护 粗 抛 光 表 面, 然 后 把 第 一 面 紧 紧 地 固 定 到 夹 具 上, 再 上 盘 铣 磨 出 斜 面 直 角 棱 镜 的 光 学 加 工 方 法 有 几 种, 应 根 据 需 要 的 分 束 器 数 目 选 用 如 果 需 要 10 块 以 下 棱 镜, 则 宜 用 玻 璃 导 块 胶 合 于 加 长 的 长 图 11.2 将 已 完 工 的 长 条 形 棱 镜 切 成 几 对 直 角 棱 镜 的 划 线 第 66 页

93 第 十 一 章 精 密 分 束 器 方 形 棱 镜 上 的 加 工 方 法 ( 见 附 录 3) 长 方 形 棱 镜 的 长 度 应 该 足 够 切 割 2 对 或 3 对 直 角 棱 镜 ( 见 图 11.2) 这 种 方 法 类 似 于 第 八 章 所 述 的 方 法, 如 图 11.3 所 示 把 玻 璃 导 块 胶 合 到 棱 镜 上, 一 起 进 行 细 磨 与 抛 光, 并 且 用 内 自 准 直 装 置 检 验 45 组 合 反 射 角 若 把 玻 璃 导 块 胶 合 到 长 方 形 棱 镜 的 长 边 上, 则 更 便 于 操 作 为 控 制 两 个 45 面 的 90 侧 面 角 ( 控 制 尖 塔 差 ), 在 长 方 形 棱 镜 的 90 面 上 湿 贴 一 小 块 镀 铝 平 行 平 板, 以 便 用 自 准 直 法 检 验 90 角 在 平 行 平 板 上 放 置 一 块 45 标 准 角 规, 以 检 验 45 角 ( 见 6.4 节 和 图 6.8) 大 批 量 生 产 这 种 长 方 形 棱 镜 时 应 该 用 加 工 精 密 退 火 良 好 的 45 和 90 铸 铁 夹 具 安 装 研 磨 和 抛 光 过 程 中 要 保 持 清 洗, 每 次 安 装 定 位 都 要 十 分 仔 细, 棱 镜 锐 边 应 重 新 倒 角, 并 在 每 一 个 抛 光 表 面 上 贴 上 透 镜 纸 上 盘 的 温 度 必 须 升 高 到 接 近 100 c(212 F) 并 用 木 榔 头 敲 紧 棱 镜 金 属 夹 具 要 求 有 更 高 的 质 量 及 更 精 确 的 角 度 槽 形 ( 用 45 和 90 标 准 角 规 检 验 ) 图 11.3 用 外 自 准 直 装 置 检 验 45 组 合 角 的 正 负 用 高 度 游 标 尺 在 夹 具 四 周 相 隔 120 处 检 验 并 控 制 长 方 形 棱 镜 的 尺 寸 ( 底 边 长 度 和 顶 点 高 度 ) 为 了 倒 角 和 保 持 棱 镜 的 平 行 度, 长 方 形 棱 镜 必 须 具 有 足 够 的 余 量 在 加 工 过 程 中 倒 边 消 失 后, 可 以 用 车 间 中 的 刀 片 和 145 号 砂 重 新 研 磨 棱 镜 锐 边, 直 到 可 以 观 察 到 倒 边 为 止 注 意 棱 镜 表 面 和 侧 面 的 最 后 两 道 细 磨 (145 号 和 90 号 金 刚 砂 ) 至 少 要 留 有 0.006in 的 余 量 金 刚 砂 铣 磨 玻 璃 表 面 时 会 在 表 面 上 产 生 小 而 深 的 裂 纹 和 应 力 存 在 这 种 缺 陷 的 光 束 分 束 器 及 其 它 光 学 零 件 会 引 起 电 子 线 路 中 的 背 景 声 为 此 用 于 激 光 照 明 系 统 中 的 光 学 零 件 在 光 学 制 造 过 程 中 磨 得 更 加 充 分 长 方 形 棱 镜 安 装 在 夹 具 中 时, 棱 镜 盘 的 外 形 呈 圆 形, 而 且 长 方 形 棱 镜 的 最 小 长 度 至 少 可 以 做 一 对 ( 不 是 一 块 ) 棱 镜, 并 应 用 深 度 游 标 尺 检 验 磨 好 平 行 度 的 长 方 形 棱 镜 到 工 具 顶 面 的 高 度 该 棱 镜 的 抛 光 与 平 面 的 抛 光 一 样, 整 个 表 面 应 优 于 两 个 波 长 ( 单 块 棱 镜 的 表 面 按 比 例 降 低 要 求 ), 并 且 无 划 痕 无 亮 道 子 划 痕 及 亮 道 子 是 由 于 积 聚 于 斜 面 和 尖 角 处 的 干 抛 光 粉 落 在 沥 青 抛 光 盘 上 面 而 引 起 的 棱 镜 第 二 面 及 斜 面 的 上 盘 安 装 研 磨 与 抛 光 法 与 上 述 方 法 相 似 3 光 束 分 束 器 的 锯 开 和 组 合 棱 镜 完 工 后 用 软 的 尖 头 笔 在 长 方 形 棱 镜 上 划 线, 划 出 切 割 最 多 对 数 的 直 角 棱 镜 每 一 对 直 角 棱 镜 必 须 配 在 一 起 构 成 一 个 立 方 体 从 不 同 长 方 形 棱 镜 上 切 下 来 的 棱 镜 对 是 稍 有 差 别 的 仔 细 地 锯 刀 ( 每 次 平 行 地 切 割 ) 后 用 沥 青 胶 把 棱 镜 胶 到 一 只 小 的 平 面 模 具 上, 再 从 棱 镜 上 铣 去 大 约 0.2mm 的 余 量, 使 表 面 光 洁 大 棱 镜 的 90 侧 面 必 须 粗 抛 光, 然 后 翻 过 来 粘 结 棱 镜, 将 棱 镜 加 工 到 规 定 的 公 差 必 须 仔 细 地 保 持 棱 镜 的 平 行 度 并 与 已 完 工 的 面 成 90 角 如 果 锯 开 的 棱 镜 个 数 较 多, 则 在 每 对 棱 镜 上 用 铅 笔 写 上 连 续 的 号 码 次 序, 大 尺 寸 棱 镜 则 可 以 用 小 的 胶 带 纸 作 上 记 号 重 新 检 验 完 工 后 的 棱 镜, 并 用 红 笔 在 棱 镜 上 记 下 角 度 的 正 负 误 差 经 常 发 生 由 于 棱 镜 对 数 较 多, 工 作 不 够 仔 细 而 使 棱 镜 的 配 对 产 生 混 杂, 在 镀 膜 时 也 易 于 将 棱 镜 配 对 弄 错 因 为 需 在 金 属 夹 具 里 细 磨 与 抛 光 棱 镜, 故 不 必 在 棱 镜 上 胶 上 玻 璃 导 块 用 一 台 外 自 准 装 置 ( 见 图 8.4) 检 验 45 角, 任 何 垂 直 方 向 上 象 的 分 离 都 表 示 了 45 角 的 误 差 为 什 么 不 用 90 角 检 验 呢? 因 为 90 角 第 67 页

94 第 十 一 章 精 密 分 束 器 检 验 不 能 确 定 45 角 彼 此 间 是 否 互 相 补 偿, 而 只 能 确 定 90 角 是 否 理 想 翻 转 棱 镜 检 验 第 二 个 45 角 的 误 差, 它 引 起 的 象 的 分 离 与 第 一 个 45 角 相 同 因 为 一 个 角 度 为 正 误 差 时, 另 一 个 就 为 负 误 差, 这 是 所 希 望 的 如 何 确 定 角 度 是 正 ( 钝 ) 或 负 ( 锐 ) 呢? 记 住 下 列 两 条 规 则 : 规 则 1 目 镜 由 最 佳 焦 点 向 里 离 焦 大 约 1mm, 如 果 两 个 象 越 加 分 离, 则 角 度 为 正 误 差 规 则 2 目 镜 由 最 佳 焦 点 向 里 离 焦 大 约 1mm, 如 果 两 个 象 趋 向 靠 近, 则 角 度 为 负 误 差 规 则 1 的 根 据 是 若 为 理 想 的 角 度 则 当 目 镜 离 焦 时 象 将 向 两 边 扩 展 因 此 当 目 镜 朝 向 棱 镜 离 焦 时, 负 误 差 的 角 度 将 使 两 个 象 靠 近 如 果 有 些 混 淆, 可 以 用 十 字 刻 线 或 十 字 线 测 量, 组 合 棱 镜 以 前, 要 辨 别 所 有 45 角 的 正 负, 并 在 侧 面 贴 以 胶 带 纸 作 记 号 所 有 大 尺 寸 的 棱 镜 在 泰 曼 或 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 上 检 验 时, 测 出 的 光 程 差 应 少 于 半 个 光 圈 记 住, 干 涉 仪 给 出 的 是 两 倍 OPD 值 大 多 数 小 尺 寸 棱 镜 可 以 满 足 这 个 公 差, 而 较 大 尺 寸 的 棱 镜 可 能 要 抛 修 后 才 能 满 足 要 求 有 关 这 方 面 的 讨 论 参 见 附 录 8 镀 膜 后 与 检 验 过 的 棱 镜 胶 合 在 一 起, 制 成 光 束 器 ( 见 图 11.4) 先 用 自 准 直 仪 的 平 面 找 到 象, 再 将 棱 镜 放 在 平 行 光 路 中, 然 后 旋 转 或 稍 微 侧 向 移 动 棱 镜 使 象 重 合 应 首 先 确 定 玻 璃 角 度 误 差 的 正 负, 然 后 才 能 把 它 们 配 对 胶 有 时 由 于 尖 塔 差 使 垂 直 线 不 能 重 合, 在 这 种 情 况 下, 将 水 平 线 稍 微 分 离, 使 误 差 成 为 最 小 而 满 足 公 差 的 要 求 胶 硬 化 后, 用 橡 皮 带 或 胶 带 纸 固 定 组 合 棱 镜 在 胶 层 变 硬 而 棱 镜 不 能 再 旋 转 以 前 必 须 多 次 检 验 光 束 分 束 器 图 11.4 胶 合 光 束 分 束 器 时, 检 验 配 对 的 直 角 棱 镜 组 件 4 结 论 制 造 棱 镜 的 这 种 方 法 可 能 不 是 新 的, 但 是 仔 细 检 索 到 1905 年 还 没 有 发 现 有 关 这 方 面 的 参 考 资 料 如 果 要 制 造 超 精 密 光 束 分 束 器, 则 应 该 用 制 造 直 角 棱 镜 的 方 法 来 制 造 长 方 形 棱 镜 习 题 : 1. 光 束 分 束 器 组 件 中 角 度 互 相 补 偿 这 一 术 语 是 什 么 意 思? 2. 细 磨 时 为 什 么 在 长 方 形 棱 镜 的 端 面 上 湿 贴 上 一 小 块 镀 铝 平 行 平 板? 3. 至 少 写 出 三 种 采 用 光 束 分 束 器 的 光 学 仪 器 的 名 称 4. 为 什 么 要 防 止 从 一 块 长 方 形 棱 镜 上 切 下 的 棱 镜 与 从 另 一 块 上 切 下 的 棱 镜 相 混 淆? 5. 叙 述 如 何 用 自 准 直 仪 检 验 45 反 射 角, 检 验 时, 可 以 观 察 到 尖 塔 差 吗? 6. 叙 述 如 何 确 定 反 射 角 为 钝 角 或 锐 角 第 68 页

95 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 角 锥 棱 镜 是 一 种 作 回 射 用 的 玻 璃 元 件, 它 用 三 个 90 角 回 射 入 射 光 束 这 些 玻 璃 角 的 误 差 必 须 在 几 秒 精 度 以 内, 但 是 入 射 面 可 以 有 5 以 上 的 误 差 而 对 角 锥 棱 镜 的 性 能 无 明 显 的 影 响 早 在 第 二 次 世 界 大 战 期 间 就 应 用 这 种 棱 镜 寻 找 秘 密 的 飞 机 场 飞 行 员 只 要 靠 近 他 的 前 额 装 上 一 只 闪 光 灯 而 不 需 要 从 地 面 上 射 击 出 光 线, 位 于 飞 机 场 上 的 棱 镜 按 原 路 返 回 光 束, 因 而 发 现 飞 机 场 在 阿 波 罗 (Apollo) 宇 宙 航 行 中, 角 锥 棱 镜 有 着 重 要 的 应 用 月 球 表 面 上 放 置 50 只 以 上 角 锥 棱 镜 的 阵 列, 然 后 天 文 学 家 将 高 功 率 的 激 光 束 射 向 棱 镜 阵 列, 再 用 望 远 镜 接 收 返 射 回 来 的 光 束 激 光 束 经 过 由 地 球 到 月 球 的 两 倍 行 程, 大 约 需 要 时 间 2.8s, 由 此 可 以 精 确 地 计 算 出 地 球 到 月 球 的 距 离 制 造 角 锥 棱 镜 有 几 种 方 法 方 法 A 是 从 大 立 方 体 或 大 长 方 体 上 锯 下 一 只 角 得 到 角 锥 棱 镜 一 块 玻 璃 立 方 体 可 以 锯 下 八 只 角 锥 棱 镜, 而 一 块 长 方 体 可 以 锯 下 四 只 简 略 地 说, 用 下 述 方 法 制 造 玻 璃 块 : 三 只 精 密 的 90 角 组 成 一 只 角 锥 是 立 方 体 的 参 考 角, 用 由 激 光 照 明 的 菲 索 干 涉 仪 检 验, 使 玻 璃 块 的 其 它 表 面 与 参 考 角 的 三 个 面 彼 此 平 行 细 磨 时 间 4* 放 大 率 的 外 自 准 直 法 测 量 立 方 体 的 90 参 考 角 锥, 抛 光 时 用 6* 放 大 率 的 内 自 锥 直 方 法 测 量, 因 而 可 以 提 高 检 验 角 度 的 精 度 但 是 内 自 准 直 法 的 检 验 比 较 麻 烦, 因 为 玻 璃 毛 坯 的 全 部 表 面 必 须 作 粗 抛 光 但 实 际 上 也 有 好 处, 当 抛 光 预 先 磨 好 的 表 面 时, 可 以 防 止 由 于 泰 曼 效 应 而 使 已 抛 光 过 的 表 面 产 生 曲 内 自 准 直 测 量 法 并 不 需 要 将 玻 璃 块 的 透 射 面 完 全 抛 光 ( 大 约 25% 已 经 足 够 ) 锥 体 棱 镜 入 射 面 的 面 形 质 量 为 两 面 三 刀 个 光 圈 如 果 自 准 直 仪 的 物 镜 与 其 产 生 干 涉, 则 可 转 动 一 下 各 个 面 方 法 B 称 为 复 制 法 它 是 用 干 涉 计 量 法 来 控 制 角 锥 棱 镜 的 角 度 的 为 此, 要 将 标 准 立 方 体 或 直 角 棱 镜 与 一 个 抛 光 面 光 胶 因 为 用 道 威 干 涉 计 量 法 来 控 制 这 些 标 准 元 件 的 角 度, 所 以 它 的 误 差 小 于 1 现 有 的 标 准 零 件 的 数 量 决 定 了 可 以 加 工 的 棱 镜 总 数, 也 就 是 一 次 只 能 加 工 一 只 棱 镜 用 石 膏 盘 加 工 压 型 棱 镜 毛 坯 的 一 个 面 以 后, 往 往 就 用 光 胶 法 加 工 将 标 准 块 光 胶 到 大 的 玻 璃 毛 坯 上, 并 用 干 涉 检 验 法 来 控 制 角 度, 这 在 光 学 上 是 可 行 的 然 而 这 是 不 实 用 的, 因 为 用 小 标 准 棱 镜 修 正 大 棱 镜 表 面 的 角 度 时, 用 手 工 抛 光 是 困 难 的 制 造 角 锥 棱 镜 所 需 要 的 数 据 如 图 12.1 所 示 这 些 数 据 是 根 据 通 光 孔 径 的 直 径 为 1mm 而 得 出 的 图 12.1 制 造 角 锥 棱 镜 的 数 据 1. 初 始 制 造 阶 段 玻 璃 块 的 边 长 至 少 为 要 求 孔 径 的 2.8 倍 例 如, 孔 径 为 3.81cm, 则 玻 璃 立 方 边 长 11cm 锯 切 时 要 加 一 定 的 玻 璃 余 量 要 从 玻 璃 立 方 体 锯 下 八 只 棱 镜, 预 先 应 考 虑 好 尺 寸 同 样 也 应 考 虑 好 从 长 方 形 玻 璃 块 上 切 下 4 只 棱 镜 的 布 局 第 69 页

96 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 用 于 制 造 锥 体 棱 镜 的 BK-7 玻 璃 有 几 种 型 式 : 立 方 体 长 方 体 和 圆 平 板 我 们 曾 经 看 到 过 边 长 为 35cm 的 立 方 体 玻 璃 块, 由 于 要 作 均 匀 性 检 验, 将 立 方 体 玻 璃 的 各 个 面 抛 光 这 样 大 的 玻 璃 块 要 在 环 形 抛 光 机 上 抛 光, 有 时 使 环 形 抛 光 机 的 直 径 大 到 1m 操 作 者 用 常 规 的 加 工 过 程 在 旋 转 的 铸 铁 平 模 上 用 手 工 研 磨 小 的 毛 坯 选 定 一 个 有 三 个 90 角 有 角 锥, 用 250 号 砂 粗 磨 直 到 用 精 密 角 尺 的 光 隙 法 检 验 时 合 格 为 止 下 一 步 是 用 布 朗 蔡 德 型 铣 磨 机 铣 出 与 锥 角 面 彼 此 平 行 的 面, 并 用 250 号 砂 磨 去 砂 眼, 最 后 得 到 的 毛 坯 如 图 12.2 所 示 图 12.2 用 以 制 作 8 只 锥 体 棱 镜 的 立 方 体 玻 璃 块 用 斯 柯 雷 里 (Schrelein) 平 板 并 涂 上 匹 配 折 射 率 油 来 检 验 毛 坯 的 均 匀 性 检 验 时 为 了 使 光 线 透 过 玻 璃 毛 坯, 必 须 在 玻 璃 毛 坯 的 两 个 相 对 表 面 上 贴 上 平 板, 并 在 三 个 方 向 检 验 玻 璃 毛 坯 ( 见 第 五 章 ) 在 已 选 定 的 锥 角 上, 将 其 一 个 表 面 作 为 参 考 表 面 是 行 之 有 效 的 方 法 用 各 档 细 砂 细 磨 三 个 90 角 的 参 考 基 准 面, 用 稍 凹 的 陶 瓷 平 模 来 完 成 最 后 一 道 95 号 砂 的 细 磨, 使 之 磨 出 凹 的 表 面 置 于 牢 固 蜡 胶 在 镀 铝 光 学 平 台 上 的 三 个 小 球 上 用 外 自 准 直 法 按 照 选 定 的 角 锥 的 参 考 面 检 验 各 相 邻 的 90 角 注 意 将 小 的 镀 铝 平 行 平 板 湿 贴 到 细 磨 表 面 上, 以 便 用 外 自 准 直 法 检 验 90 角 时 磨 沙 面 也 可 以 反 射 光 线 ( 见 图 12.3) 在 自 准 直 仪 目 镜 中 观 察 到 的 水 平 象 的 分 离 是 90 角 的 误 差, 它 可 以 是 钝 角 ( 正 ) 或 锐 角 ( 负 ) 如 果 存 在 误 差, 应 该 确 定 形 成 90 角 的 两 个 表 面 间 的 角 度 方 向 这 是 易 于 确 定 的, 只 要 触 动 玻 璃 零 件 的 某 一 部 位, 使 之 在 自 准 地 目 镜 中 观 察 到 水 平 象 趋 向 重 合 用 软 笔 或 铅 笔 在 棱 镜 的 这 个 部 位 作 上 记 号, 然 后 翻 转 到 90 角 的 第 二 个 面 在 作 90 组 合 角 检 验 时, 棱 镜 子 得 到 两 个 分 离 的 记 号 点 细 磨 时 在 棱 镜 上 的 某 点 施 加 压 力 可 以 使 水 平 方 向 分 离 的 象 趋 向 于 重 合 ( 当 修 磨 组 合 角 时 ) 角 度 存 在 三 种 状 态 : 正 角. 负 角 或 无 误 差 角, 最 后 施 加 压 力 的 点 是 两 面 三 刀 人 分 离 点 的 中 间 总 之, 细 磨 立 方 体 时 磨 到 用 外 自 准 直 法 检 验 时 三 个 90 角 的 象 重 叠 ( 见 图 12.3) 为 止 也 即 选 定 锥 角 的 参 考 面 对 每 个 90 角 进 行 检 验 初 学 者 每 个 面 应 标 以 数 字, 表 面 1 用 以 检 验 表 面 2 和 表 面 3 之 间 的 90 角, 表 面 2 用 以 检 验 表 图 12.3 细 磨 立 方 体 时,6 个 90 侧 边 角 面 1 和 表 面 3 之 间 的 90 角 ; 表 面 3 用 以 的 外 自 准 直 测 量 法 检 验 表 面 1 和 表 面 2 之 间 的 90 角 下 一 步 是 研 磨 其 余 的 三 个 面 并 使 之 彼 此 平 行, 可 以 用 如 图 12.3 所 示 的 外 自 准 直 测 量 法 有 些 操 作 者 喜 欢 稍 微 改 变 一 下 这 种 测 量 装 置, 即 把 平 行 平 板 放 在 参 考 锥 角 的 顶 面 上, 而 锥 角 的 底 面 则 直 接 放 在 三 个 预 先 蜡 胶 的 球 上, 使 自 准 直 仪 直 接 接 收 到 由 镀 铝 的 平 行 平 板 所 反 射 的 象 旋 转 玻 璃 块, 直 到 垂 直 的 象 重 叠 为 止, 这 时 两 面 三 刀 个 水 平 象 仍 表 示 玻 璃 的 误 差 由 自 准 直 仪 目 镜 决 定 楔 角 方 向 如 果 由 最 佳 焦 点 向 玻 璃 块 离 焦 时, 分 离 的 象 靠 近, 则 玻 璃 角 误 差 为 正 反 之, 误 差 为 负 因 为 该 装 置 只 有 2 放 大 率, 而 外 自 准 直 法 是 4 放 大 率, 故 后 者 更 为 优 越 ( 见 图 12.3) 第 70 页

97 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 以 大 约 25% 的 抛 光 度 粗 抛 光 6 个 面 使 面 形 质 量 控 制 到 个 光 圈 将 光 学 零 件 表 面 进 行 粗 抛 光 有 两 面 三 刀 个 理 由 : 第 一, 防 止 泰 曼 效 应 ( 抛 光 已 抛 光 表 面 反 面 的 细 磨, 已 抛 光 表 面 将 发 生 挠, 曲 变 形 ) 第 二 用 内 自 准 测 量 法 可 以 6 放 大 率 来 检 验 90 角 粗 抛 光 后, 对 选 定 的 90 锥 角 的 一 个 表 面 进 行 完 全 抛 光 并 达 到 1/8 光 圈 及 表 面 无 缺 陷 2. 选 定 的 90 锥 角 的 抛 光 一 种 新 的 内 自 准 直 测 法 如 图 12.4 所 示 注 意 在 示 意 图 中 已 经 将 蜡 胶 的 球 去 掉, 一 块 毛 毡 放 在 准 直 仪 基 座 上 平 行 光 束 以 45 和 60 射 向 参 考 面 与 第 二 面 构 成 90 角 完 工 后 的 参 考 面 放 在 软 的 毛 毡 垫 上 三 种 型 式 的 影 象 图 样 是 重 叠 的 ( 精 确 的 90 角 ), 若 水 平 象 是 分 离 的, 则 表 示 角 度 误 差 是 钝 正 角 或 锐 正 角, 在 第 7.4 节 里 更 全 面 地 讨 论 了 这 些 图 样 如 果 自 准 直 仪 目 镜 由 最 佳 焦 点 离 焦, 当 两 个 水 平 象 趋 于 分 离, 则 角 度 误 差 为 正, 反 之, 角 度 误 差 为 负 这 与 规 则 10 和 规 则 20(7.2 节 ) 相 同 在 此 讨 论 平 行 光 的 内 反 射 象 与 透 射 象 许 多 操 作 者 第 一 次 制 作 棱 镜 时, 大 多 不 懂 得 在 修 正 角 度 时 应 如 何 使 用 压 力 图 12.5 表 示 一 块 有 角 度 误 差 的 立 方 体 其 中 一 块 立 方 体 的 角 度 误 图 12.4 抛 光 时 修 正 立 方 体 90 侧 面 角 差 为 正, 另 一 块 为 负 图 上 的 虚 线 表 示 楔 角 的 情 的 内 自 准 直 测 量 法, 一 个 锥 角 必 须 为 参 考 况, 抛 光 时 修 正 角 度 误 差 的 压 力 点 位 于 锐 角 处 角, 参 考 锥 角 相 邻 的 三 个 90 角 制 成 理 想 的 角 度 ( 见 附 录 4) 只 能 在 加 工 第 二 面 时 来 修 正 90 角, 决 不 可 以 修 磨 已 完 工 的 第 一 面 ( 可 在 表 面 上 贴 一 片 胶 带 纸 以 防 止 误 加 工 ) 如 果 水 平 象 重 叠, 则 90 角 是 精 确 的 当 抛 光 面 优 于 1/8 光 圈 且 无 道 子 及 砂 眼 时, 则 认 为 该 面 已 加 工 完 毕 可 以 使 用 现 代 的 电 子 自 准 直 仪 检 验, 但 检 验 空 气 补 角 时 必 须 仔 细 地 操 作 图 12.5 用 正 确 的 压 力 点 修 正 角 度 误 差 用 同 样 的 方 法 抛 光 第 三 面 并 用 内 自 准 直 装 置 检 验 其 与 参 考 面 ( 第 一 面 ) 组 成 的 第 二 个 90 角 ( 见 图 12.6), 并 在 已 加 工 完 毕 的 第 一 个 90 角 的 两 个 表 面 上 贴 一 片 胶 带 纸 第 三 面 几 乎 完 工 而 且 90 角 已 达 到 要 求 时, 则 在 参 考 面 的 对 面 贴 上 胶 带 纸, 再 用 自 准 直 法 测 量 90 角 当 参 考 面 在 下 时, 则 可 以 观 察 到 另 一 种 形 式 的 角 度 误 差 因 为 这 是 组 合 角 度, 可 以 校 正 第 二 个 平 面 的 矢 量 90 角 请 复 习 第 7.4 节 3. 立 方 体 其 余 面 加 工 为 平 行 面 现 在 的 立 方 体 已 是 一 个 具 有 三 个 90 角 的 精 密 角 锥 抛 光 其 余 三 个 表 面, 使 其 每 一 个 面 与 参 考 立 方 角 锥 面 彼 此 平 行, 并 用 斐 索 干 涉 仪 检 验 对 于 大 的 玻 璃 立 方 体, 斐 索 干 涉 仪 必 须 具 有 低 功 率 (0.3mw ) 激 光 光 源 及 投 影 观 察 条 纹 的 毛 玻 璃 屏 而 水 银 灯 (198 同 位 素 ) 只 能 检 验 厚 度 为 2.5cm 的 玻 璃 立 方 体 的 放 置 如 图 12 6 所 示 注 意 : 当 椭 圆 和 圆 条 纹 定 位 在 中 心 时, 则 表 明 楔 度 为 零 任 何 等 间 隔 的 平 行 条 纹 表 示 平 行 差 在 2.5cm 表 面 上 有 多 于 3 条 条 纹 的 立 方 体 就 不 能 用 抛 光 修 正, 最 好 在 正 确 的 方 向 上 用 95 号 砂 细 磨 一 下 如 何 确 定 正 确 的 方 向 第 71 页

98 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 呢? 用 一 根 在 热 自 来 水 中 加 热 过 的 铜 棒 触 及 立 方 体 ( 见 图 12.6) 注 意 条 纹 凸 峰 是 指 向 较 簿 的 一 端 当 然, 除 去 楔 角 的 压 力 点 应 加 在 较 厚 一 端 重 新 研 磨 和 粗 抛 光 立 方 体, 就 能 很 快 制 成 精 密 的 平 行 平 面 完 工 后 的 立 方 体 表 面 必 须 具 有 1/8 光 圈, 圆 条 纹 的 中 心 应 居 中 如 果 所 有 表 面 与 选 定 的 参 考 锥 角 面 平 行, 则 立 方 体 可 以 锯 切 了 每 面 的 加 工 过 程 与 上 述 相 同 因 为 泰 曼 效 应 是 潜 在 着 的 问 题, 当 一 个 表 面 完 工 时, 它 可 能 导 致 角 度 的 变 化 故 必 须 重 新 检 验 90 角 4. 方 法 A: 长 方 体 的 制 作 长 方 形 玻 璃 块 可 以 按 较 小 尺 寸 的 一 次 制 造 四 个 角 锥 棱 镜 一 般 的 加 工 过 程 与 上 述 相 同 为 了 便 于 长 方 形 玻 璃 毛 坯 的 加 工, 最 好 在 每 端 面 附 近 用 沥 青 胶 胶 上 玻 璃 导 块 第 一 道 250 号 砂 研 磨 后, 应 胶 上 四 只 玻 璃 导 块 ( 见 图 12.7) 胶 上 玻 璃 导 块 以 前 请 参 看 附 录 3 注 意, 应 使 玻 璃 导 块 的 倒 边 较 宽, 而 玻 璃 块 的 倒 边 较 窄 当 然, 研 磨 时 若 倒 边 被 磨 掉 后, 可 以 用 显 微 镜 载 玻 片 和 145 号 在 两 个 玻 璃 表 面 间 重 新 倒 出 倒 角 5. 从 玻 璃 块 上 切 割 棱 镜 因 为 完 工 的 玻 璃 块 已 经 花 费 了 许 多 时 间 和 精 力, 所 以 必 须 仔 细 锯 切 最 简 单 的 方 法 是 在 图 12.6 检 验 立 方 体 6 个 面 平 行 度 的 斐 索 干 涉 仪 ( 见 附 录 19) 图 12.7 为 了 便 于 制 作 长 方 体 玻 璃 块 上 胶 有 玻 璃 导 块 图 12.8 从 完 工 的 立 方 体 上 锯 切 4 块 立 方 角 锥 的 排 样 图 加 工 和 锯 切 时 用 清 洁 的 防 水 胶 带 纸 保 护 抛 光 表 面 预 先 计 划 好 的 排 样 图, 如 图 12.8 所 示 由 于 每 一 块 玻 璃 毛 坯 有 特 殊 的 形 状, 应 该 用 划 线 笔 在 胶 带 纸 上 排 好 样 图, 不 要 只 图 节 省 玻 璃, 实 际 上 劳 动 力 比 玻 璃 更 为 昂 贵 第 72 页

99 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 首 先 交 叉 切 割 玻 璃 块, 将 它 分 割 成 4 块 锯 切 大 块 玻 璃 毛 坯 时, 应 该 注 意 金 刚 石 切 割 轮 片 的 夹 紧 垫 圈, 以 防 锯 切 时 受 到 垫 圈 的 限 制 下 一 步 锯 切 每 个 立 方 角 锥 的 截 面, 切 去 有 危 害 的 尖 锐 三 面 角, 同 时 也 可 节 省 磨 边 的 时 间 把 割 下 的 玻 璃 块 保 存 起 来 用 来 加 工 小 棱 镜, 其 已 抛 光 表 面 可 以 作 为 加 工 时 的 参 考 面 6. 加 工 入 射 面 棱 镜 的 入 射 面 不 是 45, 矢 量 角 大 约 为 54 15, 不 需 要 知 道 其 精 确 值, 因 为 该 值 可 由 外 自 准 直 测 量 最 后 控 制 确 定 为 了 磨 成 圆 形 的 入 射 面 ( 见 图 12.9) 需 要 一 只 特 殊 夹 具 它 是 由 两 个 表 面 构 成 90 凹 槽 制 成 圆 的 铜 夹 具 在 夹 具 的 凹 槽 里 可 以 装 入 角 锥 的 三 图 12.9 制 造 立 方 角 锥 入 射 面 的 一 种 特 殊 个 90 角 注 意 夹 具 上 的 检 验 台 阶, 铣 磨 过 设 计 的 夹 具 程 中 台 阶 是 用 于 控 制 棱 镜 的 高 度 的 用 玻 璃 导 块 沥 青 胶 结 法 将 棱 镜 固 定 在 夹 具 里 简 单 地 说 : 将 夹 具 与 棱 镜 同 时 加 热 到 80, 当 用 沥 青 胶 将 夹 具 的 每 个 表 面 之 间 垫 上 透 镜 纸 应 该 注 意 既 不 能 有 水, 也 不 能 有 呼 出 的 气 而 凝 聚 的 水 汽 与 热 的 棱 镜 接 触, 以 免 导 致 棱 镜 的 不 均 匀 加 热 用 磨 边 机 将 棱 镜 磨 边 到 比 名 义 公 差 大 2mm 以 内, 然 后 铣 去 多 余 的 玻 璃, 形 成 入 瞳 ( 入 射 ) 面 留 少 量 的 玻 璃 余 量, 大 约 比 名 义 公 差 值 大 0.05mm, 作 为 研 磨 及 抛 光 余 量 然 后 再 将 棱 镜 磨 到 最 后 的 名 义 公 差 值 为 什 么 开 始 不 把 棱 镜 磨 边 到 最 后 公 差 的 原 因 是 因 为 铣 磨 底 面 时 可 能 产 生 一 些 碎 裂 最 后 用 一 只 小 的 球 模 及 145 号 砂 将 棱 镜 的 入 射 面 倒 边 将 夹 持 着 棱 镜 的 夹 具 在 控 温 的 电 炉 上 再 加 热 到 80 C, 从 夹 具 中 拆 下 零 件, 放 在 毛 巾 纸 上 冷 却, 再 将 各 个 零 件 放 在 有 4 个 或 更 多 个 空 格 的 盒 子 里 此 时 不 必 再 清 洁 冷 却 下 来 的 棱 镜, 如 果 需 要 的 话 则 应 先 均 匀 地 倒 角 加 工 时 沥 青 胶 和 透 镜 纸 有 助 于 保 护 抛 光 表 面 均 匀 地 倒 边 能 提 高 棱 镜 的 外 观 质 量, 所 以 倒 边 必 须 仔 细 用 二 甲 苯 除 去 透 镜 纸 和 沥 青 胶, 再 用 热 的 淡 的 洗 涤 剂 溶 液 清 洗 棱 镜, 并 且 检 验 所 有 的 倒 边 是 否 具 有 均 匀 的 宽 度 如 果 不 均 匀, 图 用 来 倒 出 棱 镜 90 棱 边 的 则 生 新 研 磨, 并 用 145 号 金 刚 砂 细 磨 尖 形 角 锥 顶 部 一 种 特 殊 设 计 的 夹 具 倒 角 的 夹 具 如 图 所 示. 7. 入 射 面 的 加 工 自 准 直 仪 如 图 所 示 ( 可 参 看 第 6.6 节 ) 图 6.9a 所 示 是 棱 镜 入 射 置 于 蜡 胶 球 上, 准 直 仪 的 双 线 或 十 字 线 对 准 棱 镜 中 一 个 反 射 面 的 反 射 象 旋 转 零 件 的 每 个 面, 找 出 高 和 低 的 区 域 并 读 数, 读 数 间 的 差 别 称 为 零 点 的 上 下 漂 移 细 磨 入 射 面, 直 到 三 个 反 射 表 面 图 由 3 个 90 角 形 成 矢 量 角 的 外 自 准 的 读 数 相 等 为 止 由 于 表 面 在 加 工 过 程 中 可 能 直 测 量, 加 工 到 用 目 镜 观 察 时 自 准 直 仪 的 双 线 引 起 亮 道 子, 甚 至 划 痕, 为 此 可 将 开 有 小 孔 的 读 数 或 水 平 十 字 线 的 读 数 具 有 相 同 的 值 为 止 胶 带 纸 贴 切 在 棱 镜 上, 以 保 护 表 面 化 当 棱 镜 第 73 页

100 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 磨 到 名 义 公 差 值 时, 把 表 面 抛 到 优 于 1/8 光 圈 的 光 学 面 形 质 量, 并 且 无 砂 眼 或 道 子 抛 光 时 用 如 图 所 示 的 自 准 直 棱 镜 比 较 法 检 验, 三 个 面 的 象 应 不 发 生 漂 移 为 了 检 验 角 锥 棱 镜 的 三 个 角 度, 已 经 制 订 了 几 种 方 法 霍 布 金 斯 (Honkins) 介 绍 了 用 科 斯 特 (Koester) 棱 镜 的 光 学 装 置 塞 斯 (Sayce) 博 士 和 布 希 (Burch) 在 1959 年 第 十 一 次 干 涉 计 量 学 术 讨 论 会 的 刊 物 上 ( 由 伦 敦 英 国 出 版 局 发 行 ), 介 绍 了 一 种 类 似 于 干 涉 计 量 的 检 验 方 法 在 本 质 上 这 两 种 光 学 系 统 上 相 同 的, 我 已 经 把 霍 布 金 斯 的 方 法 加 以 改 变, 以 适 合 操 作 使 用 的 需 要 泰 曼 的 方 法 已 流 行 许 多 年, 在 1952 年 希 尔 格 和 瓦 兹 公 司 发 行 的 棱 镜 和 透 镜 制 造 一 书 中 叙 述 过 ( 伦 敦 第 二 版 P ) 图 说 明 了 这 两 种 光 学 系 统 图 用 科 斯 特 棱 镜 作 干 涉 检 验 的 光 学 装 置, 测 量 90 角 是 否 在 容 限 以 内 图 说 明 泰 曼 法 的 另 一 种 装 置 棱 镜 放 在 一 个 三 维 可 调 的 夹 具 里, 可 以 旋 转 及 作 水 平 和 垂 直 倾 斜 调 节 带 有 圆 入 射 面 的 棱 镜 装 在 夹 具 中, 入 射 面 朝 向 分 光 板 平 行 光 束 如 果 干 涉 图 为 等 间 隔 的 直 条 纹, 则 90 角 已 修 正 得 很 好 如 果 条 纹 不 直, 且 呈 数 线 交 叉 图 形, 则 90 角 角 有 误 差 修 正 三 个 90 角 的 常 规 方 法 是 复 杂 的, 用 部 分 镀 膜 的 平 行 图 泰 曼 - 格 林 或 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 检 验 棱 镜 平 板 代 替 平 板 ( 泰 曼 方 法 ), 的 三 个 90 角 则 将 获 得 高 对 比 度 的 条 纹 在 扇 形 区 域 内 的 一 半 调 出 零 条 纹, 以 90 角 的 第 二 平 面 旋 转 棱 镜, 然 后 观 察 角 度 误 差 条 纹. 为 了 决 定 90 角 的 正 负, 将 平 行 平 板 向 后 稍 稍 移 动, 以 增 长 其 光 程 如 果 条 纹 移 向 中 心, 则 角 度 为 钝 角 或 大 于 90 ; 反 之, 则 角 度 为 锐 角 或 小 于 90 ( 见 图 12.13) 记 住 第 一 表 面 为 参 考 面, 因 而 必 须 修 磨 第 二 表 面 参 考 面 标 记 A, 在 抛 光 盘 上 抛 修 面 B, 以 修 正 角 度 误 差 抛 光 时 在 预 先 确 定 的 位 置 上 加 压 总 在 负 的 角 度 误 差 处 加 压, 决 不 会 在 正 的 角 度 误 差 处 加 压 ( 见 图 12.5) 下 一 步 修 正 90 角 组 合 角 的 C 面 因 为 这 个 90 角 有 两 个 平 面, 为 了 抛 光 修 正 任 意 的 角 度 误 差, 应 该 确 定 C 面 中 的 矢 量 压 力 点, 决 不 能 再 修 磨 B 面, 因 为 它 与 参 考 面 A 为 90 角 如 果 正 确 地 按 步 骤 执 行, 则 90 角 的 误 差 将 在 0.1 以 内 ( 见 图 12.14) 图 两 幅 观 察 到 的 干 8. 复 制 方 法 涉 图, 一 幅 表 示 理 想 复 制 方 法 是 用 小 的 标 准 的 直 角 规 和 立 方 块 与 零 件 的 参 考 面 光 胶 ( 见 第 九 章 ) 简 单 地 第 74 页

101 第 十 二 章 角 锥 棱 镜 说, 该 方 法 是 利 用 光 学 标 准 零 件 与 立 方 角 锥 棱 镜 预 先 加 工 好 的 参 考 面 光 胶 参 考 面 实 际 上 是 棱 镜 3 个 90 角 的 一 个 面, 并 且 在 大 批 量 制 作 零 件 时, 通 常 用 上 石 膏 盘 加 工 这 处 面 再 研 磨 与 抛 光 第 二 面, 复 制 90 角, 并 用 干 涉 计 量 法 控 制 角 度 误 差, 从 而 完 成 立 方 体 角 锥 一 个 90 面 的 加 工 加 工 棱 镜 的 第 三 个 90 角 时, 的 立 体 角 锥, 另 一 幅 表 示 带 有 90 角 误 差 的 立 体 角 锥 需 要 在 参 考 面 新 的 位 置 上 光 有 标 准 零 件 帝 并 不 太 难, 通 过 平 面 干 涉 仪 的 观 察 和 干 涉 定 位, 将 标 准 零 件 旋 转 到 新 的 位 置 然 后 用 类 似 于 第 二 面 的 加 工 方 法 研 磨 与 抛 光 第 三 表 面 用 干 涉 仪 检 验 两 个 平 面, 以 控 制 90 组 合 角 显 然 在 制 造 过 程 中, 用 标 准 零 件 与 大 的 玻 璃 立 方 体 光 胶, 可 以 控 制 90 参 考 角 锥 的 角 度 用 斐 索 干 涉 仪 使 其 它 光 学 表 面 与 对 应 面 相 互 平 行 该 方 法 的 缺 点 是 需 要 用 激 光 照 明 的 干 涉 仪 用 低 功 率 激 光 器 可 以 满 足 几 厘 米 相 干 长 度 的 要 求 9. 结 论 在 文 献 中 很 难 找 到 立 方 角 锥 棱 镜 制 作 的 具 体 步 骤 穆 翟 普 泰 贝 尔 (Puntan Laker) 和 其 他 学 者 介 绍 的 几 种 测 试 方 法 是 可 以 采 用 的, 但 需 要 小 心 谨 慎 如 果 用 激 光 照 明, 则 表 明 必 须 加 工 到 高 精 度 (1/16 光 圈 ) 请 参 阅 有 关 这 种 检 测 方 法 的 参 考 文 献 习 题 : 1. 说 明 立 方 角 锥 的 入 射 面 与 出 射 面 的 加 工 过 程 2. 试 说 明 为 什 么 在 制 造 过 程 中 必 须 将 3 个 90 角 中 的 一 个 面 作 为 参 考 角 面 3. 任 何 反 射 角 中 存 在 怎 样 的 三 种 角 度 状 态? 4. 不 倒 边 的 立 方 角 锥 棱 镜 为 什 么 如 此 昂 贵? 5. 立 方 角 锥 棱 镜 应 用 于 何 处? 6. 角 锥 棱 镜 的 制 造 过 程 中 能 否 采 用 标 准 直 角 棱 镜? 说 明 其 制 造 过 程 参 考 文 献 De Vany, A. S. Reduplication of a Prism Angle Using Master Prisms and a Plano Interferometer, Appl. Opt., 10, 1371 (1970) De Vany, A. S. Testing a Prism s Compound Reflecting Angles, Appl. Opt., 14, (1975) Hansen, G. and Kinder, T. Corner Cube Prism Testing, Optik, 15, 560 (1958) Hopkins, H. H. Discussion on Paper 3-5, National Physical Laboratory, Symposium No. 11 Interferometry, Her Majesty s Stationery Office, London, 1959, p.177. Johnson, B. K. Optics and Optical Instruments, Dover, New York, 1960, pp Murty, M. V. R. K. Newton, Fizeau, and Haidinger Interferometere, in optical Shop Testing, Wiley-Interscience, New York, 1978, pp Saunders, J. B. Roof Prisms, J. Res. Nat. Bur. Stand. U. S. A, 58, 21(1957) Sen, D. and Puntambekar, P. N. Corner Cube Prism Testing, Opt. Acta, 12, 496 (1956) Sen, D. and Puntambekar, P. N. Shearing Interferometers fortesting Corner Cubes and Right Angle Prisms, Appl. Opt., 5, 1009 (1966) Twyman, F. Prism and Lens Making, 2 nd ed., Hilger and Watts, London, 1952, 第 75 页

102 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 已 经 设 计 了 许 多 带 90 屋 脊 棱 镜 用 于 观 察 仪 器 这 类 屋 脊 棱 镜 使 象 上 下 颠 倒 和 左 右 反 转, 同 时 可 以 在 45 到 120 范 围 内 以 各 种 角 度 偏 转 视 线 最 常 用 的 转 向 屋 脊 棱 镜 是 45 ( 施 密 特 ) 60 (2 号 军 用 夫 兰 克 福 德 ) ( 阿 米 西 ) (1 号 夫 兰 克 福 德 ) 棱 镜 五 角 棱 镜 是 一 种 特 殊 情 况 显 然, 经 棱 镜 后 的 视 线 可 以 根 据 仪 器 的 要 求 设 计 其 偏 转 角 记 住 任 何 一 种 带 90 屋 脊 角 的 转 向 棱 镜 均 称 为 阿 米 西 (90 ) 棱 镜 这 种 棱 镜 的 制 作 方 法 与 其 他 的 屋 脊 棱 镜 的 制 造 方 法 相 同, 但 是 入 射 面 与 图 13.1 典 型 的 90 转 向 棱 镜 施 密 特 (45 ) 出 射 面 间 的 夹 角 却 有 差 别 ( 见 图 13.1) 2 号 夫 兰 克 福 德 (60 ) 阿 米 西 (90 ) 1 号 夫 兰 克 福 德 (145 ) 和 (120 ) 1. 玻 璃 的 均 匀 性 玻 璃 的 均 匀 性 气 泡 条 纹 等 等 的 检 验 是 重 要 的 第 五 章 已 详 细 地 讨 论 了 均 匀 性 的 检 验 方 法, 必 须 强 调 在 三 个 方 向 检 验 玻 璃 毛 坯 由 生 产 厂 检 验 合 格 的 玻 璃, 即 使 属 于 1-A 级 且 符 合 JAN174-AI 标 准 的 规 定 也 必 须 再 作 检 验 我 记 得 了 了 解 他 使 用 的 玻 璃, 结 果 使 一 批 直 角 棱 镜 报 废 在 干 涉 仪 上 检 验 时 这 些 无 法 挽 回 的 棱 镜, 因 有 细 小 的 条 纹, 不 能 满 足 OPD( 光 程 差 ) 小 于 1/4λ 的 要 求 玻 璃 毛 坯 在 布 朗 查 德 铣 磨 机 或 其 他 允 许 坯 料 翻 转 加 工, 如 果 仔 细 操 作, 可 以 达 到 极 好 的 平 行 度 大 多 数 棱 镜 都 有 两 个 互 相 平 行 的 侧 面, 所 以 第 五 章 介 绍 了 玻 璃 成 型 毛 坯 三 种 特 殊 的 检 验 方 法 平 行 平 板 有 面 形 质 量 为 两 个 波 长 平 行 度 高 于 15 的 两 个 粗 抛 光 表 面 与 标 准 角 度 棱 镜 光 胶 的 表 面 的 面 形 质 量 应 优 于 1 个 波 长 ( 由 大 的 玻 璃 毛 坯 上 切 下 的 单 个 棱 镜, 其 面 形 质 量 与 大 棱 镜 有 比 例 关 系 ) 一 个 较 好 的 抛 光 侧 面 应 作 为 检 验 棱 镜 反 射 角 的 90 侧 面 角 的 参 考 面 菲 索 干 涉 仪 用 于 检 验 平 行 平 板 的 平 行 度 ( 见 第 十 四 章 ) 2. 切 过 程 经 均 匀 性 检 验 得 到 无 条 纹 或 无 其 它 缺 陷 的 毛 坯 或 圆 盘 后, 道 德 切 划 两 块 方 的 平 板 玻 璃 用 来 保 护 两 个 抛 光 表 面 用 低 熔 点 沥 青 胶 在 抛 光 表 面 间 粘 上 一 张 透 镜 纸 ( 见 附 录 3) 简 单 地 说, 放 在 石 棉 板 上 的 玻 璃 毛 坯 用 可 调 电 炉 缓 缓 加 热 到 85, 平 板 玻 璃 片 大 的 玻 璃 毛 坯 一 起 加 热, 在 毛 坯 的 一 个 面 上 轻 轻 地 涂 上 一 层 沥 青 胶, 然 后 放 上 一 张 透 镜 纸, 再 盖 上 一 片 保 护 玻 璃 翻 转 玻 璃 组 件, 再 把 第 二 片 保 护 玻 璃 粘 于 玻 璃 毛 坯 上 注 意 : 操 作 时 应 戴 上 棉 手 套, 因 为 厚 的 玻 璃 毛 坯 太 热 不 能 用 赤 裸 的 手 操 作 还 应 避 免 水 或 潮 湿 毛 巾 接 触 高 热 玻 璃, 图 13.2 从 粗 抛 光 的 平 行 平 板 锯 否 则 因 应 力 集 中 而 使 玻 璃 毛 坯 炸 裂 切 棱 镜 的 一 种 排 样 方 法 玻 璃 组 合 件 冷 却 到 室 温 后, 贴 上 大 的 防 水 胶 带 纸 用 硬 纸 板 或 聚 酯 薄 剪 出 留 有 余 量 的 棱 镜 板, 根 据 模 板 在 胶 带 纸 上 用 墨 水 笔 划 线 排 样 排 样 时 应 使 排 下 的 棱 镜 数 为 最 多, 而 玻 璃 的 消 第 76 页

103 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 耗 量 为 最 少 可 以 分 几 次 锯 切, 第 一 次 一 般 切 割 两 条 正 交 线, 将 组 件 切 割 为 四 块 因 为 要 根 据 棱 镜 的 切 割 数 目 大 小 及 形 状 决 定 毛 坯 的 尺 寸, 不 可 能 有 一 种 固 定 的 高 效 切 割 规 范, 但 必 须 确 保 棱 镜 切 割 方 便 如 果 按 下 列 排 样 形 式 : 先 锯 成 加 长 的 长 方 体, 再 锯 成 许 多 立 方 体 ( 一 个 立 方 体 两 块 棱 镜 ), 锯 切 操 作 就 方 便 多 了 然 后 再 沿 斜 边 锯 开 立 方 棱 镜 图 13.2 说 明 了 从 平 行 平 板 锯 切 棱 镜 毛 坯 的 一 种 方 法 保 护 片 仍 然 留 在 棱 镜 上, 因 为 在 以 后 的 工 序 中, 保 护 片 可 以 防 止 玻 璃 碎 裂, 并 保 护 了 棱 镜 的 抛 光 面, 而 且 在 手 工 粗 磨 时, 还 加 大 了 工 作 面 3. 粗 磨 成 形 用 320 号 碳 化 硅 金 刚 砂 粗 磨 棱 镜 的 三 个 面, 除 去 锯 切 时 留 下 的 小 凸 痕 在 这 个 阶 段, 一 般 用 手 工 将 大 的 阿 米 西 棱 镜 粗 磨 成 形 但 有 90 屋 脊 角 的 小 型 转 向 棱 镜 必 须 铣 磨 成 形 如 图 所 示 的 阿 米 西 型 棱 镜, 其 入 射 面 与 出 射 面 的 尺 寸 为 50.4mm 平 行 平 板 的 厚 度 确 定 了 棱 镜 的 厚 度, 并 形 成 了 90 屋 脊 角, 需 要 的 工 具 是 一 把 90 机 械 角 尺 和 一 块 45 精 密 铜 卡 板 ( 见 图 13.3 棱 镜 的 最 后 成 型 ) 以 选 定 的 胶 有 保 护 玻 璃 的 表 面 作 参 考 面, 磨 平 90 角 的 一 个 面, 用 直 角 尺 按 光 隙 法 检 验 90 侧 面 角 细 磨 第 二 面 时, 必 须 检 验 与 棱 镜 第 一 个 细 磨 面 所 形 成 的 90 角 及 90 侧 面 角, 用 直 角 尺 检 验 两 个 90 角 以 上 三 个 角 均 用 光 隙 法 相 互 检 验 用 同 一 个 参 考 面 ( 参 考 面 上 贴 保 护 玻 璃 片 ) 是 有 利 的, 并 用 金 刚 钻 划 线 器 在 参 考 面 上 作 上 记 号, 使 之 不 致 混 淆 用 320 号 碳 化 硅 金 刚 砂 在 平 模 上 细 磨 斜 面, 并 用 精 密 的 45 角, 最 后 细 磨 时 为 了 修 正 误 差 应 在 需 要 处 施 加 压 力 按 已 作 记 号 的 参 考 面 用 90 角 尺 检 验 90 侧 面 角 两 个 45 角 及 其 90 侧 面 角 都 必 须 用 角 规 和 90 角 尺 通 过 光 隙 检 验 将 所 有 的 锐 棱 作 轻 度 倒 角 此 时 一 块 直 角 棱 镜 加 工 完 毕 4. 小 平 台 的 制 作 首 先 在 90 顶 角 作 一 个 小 平 台 用 作 检 验 棱 镜 高 度 的 参 考 基 准 图 13.3 说 明 小 平 台 的 制 作 顺 序 应 该 注 意, 不 合 理 的 过 分 严 格 的 公 差 是 无 益 的, 棱 镜 的 公 差 为 ±0.25mm 的 制 作 成 本 比 公 差 大 的 制 作 成 本 高 一 倍 装 调 工 人 组 装 棱 镜 时, 由 于 棱 镜 引 起 光 程 长 度 的 变 化, 可 以 垫 以 软 木 垫 片 和 拧 动 物 镜 筒 的 螺 丝 来 调 整 焦 距 的 变 化, 所 以 过 分 严 格 的 公 差 是 不 必 要 的 用 低 熔 点 沥 青 胶 将 研 磨 过 的 棱 镜 粘 结 在 平 模 上 由 测 量 平 台 (a) 的 宽 度 来 控 制 应 磨 掉 的 玻 璃 量 ( 见 图 13.3) 用 平 台 (a) 的 宽 度 控 制 45 面 的 高 度 和 棱 图 13.3 阿 米 西 棱 镜 及 类 似 阿 米 西 棱 镜 的 最 后 90 屋 脊 角, 而 任 何 其 他 方 法 都 是 费 时 的 镜 的 带 有 90 屋 脊 的 转 向 棱 镜 上 的 各 (a) 的 宽 度 公 差 小 于 其 下 公 差 值 0.025mm 左 右 铣 个 关 键 平 台 及 反 射 角 表 面 磨 出 平 台 生 用 225 号 刚 玉 砂 细 磨 再 检 验 该 平 台 面 与 底 面 的 平 行 度 并 将 平 台 的 宽 度 磨 到 名 义 公 差 值 加 工 的 小 平 台 在 图 13.3 中 用 NO.2 和 NO.3 标 出 当 90 屋 脊 角 完 工 后, 这 两 个 面 呈 等 边 三 角 形 将 棱 镜 90 面 中 的 一 个 面 用 沥 青 胶 胶 粘 到 平 模 上, 铣 磨 斜 面 的 尖 角 直 到 大 于 上 公 差 0.25mm 为 止 在 夹 具 上 用 145 号 刚 玉 磨 料 细 磨 这 些 表 面, 然 后 用 深 度 分 厘 卡 检 验 平 行 性 检 验 时 应 确 保 在 被 测 量 的 平 台 上 不 存 在 沥 青 胶 翻 转 棱 镜, 用 类 似 的 方 法 进 行 粗 磨 和 细 磨 细 磨 的 余 量 是 为 了 提 高 表 面 质 量, 并 使 之 与 平 台 的 平 面 平 行 第 77 页

104 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 制 造 过 程 中 倒 边 一 经 磨 去, 必 须 重 新 磨 出 棱 镜 的 倒 边 也 很 重 要, 因 为 倒 边 可 以 防 止 破 边 并 改 善 棱 镜 的 外 观 最 后 用 145 号 砂 修 磨 平 台 的 宽 度 和 平 行 时 也 可 能 会 造 成 不 均 匀 的 倒 边 与 倒 角 5. 入 射 面 和 出 射 面 的 细 磨 目 前 的 棱 镜 是 带 有 三 个 小 平 台 的 直 角 棱 镜 制 造 90 面 的 方 法 有 几 种 第 一 种 用 外 自 准 直 测 量 法 细 磨 斜 面 使 之 形 成 正 确 的 90 侧 面 角 ( 参 考 图 13.4 第 一 个 位 置 ) 这 时 有 4* 的 放 大 率,90 侧 面 角 是 控 制 小 塔 差 的 参 考 角 注 意, 参 考 角 需 包 括 以 前 标 注 的 参 考 面 测 量 时 把 研 磨 的 表 面 放 在 蜡 胶 于 镀 铝 平 板 上 的 三 个 尼 龙 图 13.4 由 位 置 1 转 到 位 置 2 时 用 两 种 外 自 准 直 法 球 上 交 替 检 验 90 的 入 射 面 与 出 射 面 初 步 细 磨 斜 面, 修 整 90 侧 面 角, 但 不 必 磨 去 所 有 的 粗 砂 眼, 因 为 在 这 个 表 面 上 还 要 磨 出 90 屋 脊 角 当 两 个 自 准 直 象 重 叠 时 即 停 止 细 磨 新 的 方 法 更 直 接 一 些, 大 多 数 操 作 者 更 欢 喜 用 这 种 方 法, 因 为 它 不 需 要 45 标 准 角 规 及 先 磨 出 斜 面 用 图 13.4 说 明 细 磨 90 入 射 面 和 出 射 面 时 的 外 自 准 直 测 量 法 图 中 表 示 在 镀 铝 平 板 上 的 三 只 蜡 胶 的 球 上 放 上 棱 镜 的 任 一 个 90 面 测 量 90 侧 面 角 时 准 直 仪 近 似 呈 45 角 而 棱 镜 的 第 一 个 90 面 也 放 在 三 个 球 上 由 于 用 磨 好 两 个 面 的 棱 镜 对 准 准 直 仪, 故 未 涉 及 组 合 角 用 同 样 的 外 自 准 直 测 量 法 测 量 第 二 个 90 角, 但 这 里 涉 及 到 组 合 角 第 一 个 细 磨 好 的 90 面 上 贴 ( 湿 贴 ) 上 一 块 镀 铝 的 平 行 平 板, 使 之 具 有 反 射 性 当 细 磨 第 二 个 90 侧 面 角 为 确 保 第 一 表 面 不 再 重 复 细 磨, 应 用 某 种 方 法 作 上 标 记 外 自 准 直 测 量 ( 图 13.4) 十 字 丝 水 平 象 的 分 离 表 明 棱 镜 角 度 存 在 着 正 或 负 的 误 差, 应 判 断 棱 镜 在 哪 个 方 位 上 修 磨 才 容 易 同 时 修 正 任 意 两 个 角 度 的 误 差 每 次 外 自 准 直 测 量 时 在 棱 镜 的 某 处 用 一 只 手 指 加 压, 使 水 平 象 彼 此 趋 近 时, 用 软 笔 在 棱 镜 的 该 区 作 上 记 号 分 析 两 个 作 记 号 的 区 域 后 可 知, 两 个 记 号 的 中 点 为 同 时 修 正 两 个 角 度 误 差 的 单 个 加 压 点 显 然, 用 如 图 13.4 所 示 的 任 何 一 种 外 自 准 装 置, 仅 可 以 修 正 一 只 角 度 而 另 一 只 角 度 仍 然 存 在 误 差 在 修 磨 过 程 中 必 须 仔 细 地 经 常 地 检 验 使 入 射 面 与 出 射 面 的 宽 度 保 持 一 致 棱 镜 的 加 工 方 法 应 根 据 棱 镜 的 尺 寸 确 定 棱 镜 入 射 面 与 出 射 面 的 尺 寸 范 围 是 0.5~15cm 0.5cm 的 小 尺 寸 转 向 棱 镜 一 般 预 先 铣 磨 成 最 后 的 形 状, 然 后 细 磨 并 用 外 自 准 直 法 检 验 具 有 90 屋 脊 的 转 向 棱 镜 的 三 个 表 面 用 熟 石 膏 上 盘 加 工, 然 后 在 棱 镜 的 每 一 个 反 射 面 上 胶 上 玻 璃 导 块, 加 工 90 屋 脊 的 最 后 一 面 第 二 种 方 法 是 在 制 造 90 屋 脊 的 最 后 阶 段, 部 分 采 用 玻 璃 导 块 加 工 方 法 完 全 取 决 于 棱 镜 的 底 面 尺 寸 如 果 棱 镜 的 底 面 尺 寸 为 10mm, 可 以 石 膏 上 盘 进 行 批 量 生 产 并 用 玻 璃 导 块 加 工 90 屋 脊 面 棱 镜 底 面 尺 寸 为 50mm 时 不 能 徒 手 加 工 而 需 用 玻 璃 导 块 加 工 6. 制 造 过 程 中 用 的 玻 璃 导 块 将 玻 璃 导 块 胶 粘 到 大 的 90 屋 脊 转 向 棱 镜 上 是 许 图 13.5 为 了 便 于 加 工 90 面, 多 操 作 者 采 用 的 方 法 附 录 3 中 详 细 地 讨 论 了 这 种 方 法 将 玻 璃 导 块 胶 粘 到 阿 米 西 棱 镜 (90 屋 脊 面 尚 未 铣 磨 出 来 ) 上 的 办 法 第 78 页

105 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 现 简 介 如 下 : 将 玻 璃 导 块 与 棱 镜 一 起 加 热 到 80, 在 每 一 个 加 热 的 零 件 上 涂 上 沥 青 胶 然 后 把 透 镜 纸 夹 在 棱 镜 与 导 块 之 间, 再 让 加 热 的 零 件 冷 却 到 室 温 用 玻 璃 导 块 实 质 上 并 不 影 响 90 侧 面 角 的 自 准 直 测 量, 而 仅 仅 使 象 的 亮 度 稍 为 减 弱 在 将 棱 镜 的 组 件 放 在 镀 铝 平 板 的 三 个 预 先 蜡 胶 的 球 上 时, 必 须 相 当 仔 细, 使 得 棱 镜 组 合 角 ( 见 图 13.5) 的 两 个 角 度 在 用 外 自 准 直 法 测 量 时, 保 持 稳 定 的 读 数 图 13.5 表 示 了 这 种 外 自 准 直 装 置 在 该 装 置 中 检 验 每 一 个 组 合 角 时, 棱 镜 组 件 放 在 三 个 球 上 交 替 地 细 磨 阿 米 西 棱 镜 的 两 个 面, 并 用 中 图 13.4 所 示 装 置 进 行 检 验 棱 镜 表 面 与 玻 璃 导 块 为 测 量 参 考 区, 应 充 分 细 磨 阿 米 西 棱 镜 的 90 角 用 外 自 准 直 测 量 可 能 更 好 些, 因 为 这 时 具 有 4* 的 放 大 率, 而 45 角 的 外 自 准 直 测 量 只 有 2* 放 大 率 在 凹 的 模 具 上 细 磨 可 以 得 到 凹 1~2 个 波 长 的 表 面, 而 凹 面 的 自 准 直 检 验 和 抛 光 均 较 为 稳 定 其 上 的 砂 眼 应 用 95 号 金 刚 砂 全 部 磨 去 棱 镜 的 第 一 个 表 面 完 成 抛 光 以 前, 应 细 磨 侧 面 这 时 只 要 检 验 90 的 侧 面 角 当 棱 镜 表 面 达 到 1/4 个 光 圈 而 且 无 划 痕 及 亮 道 子 时, 则 加 工 完 成 接 着 抛 光 棱 镜 的 第 二 面 被 细 磨 的 表 面 如 图 13.4 所 示 放 在 三 个 球 上 用 两 种 外 自 准 直 装 置 检 验 组 合 角, 第 一 个 是 90 角 ( 与 已 完 工 面 构 成 ), 然 后 是 90 侧 面 角 光 学 检 验 中 发 现 角 可 以 修 磨 得 很 好 因 为 这 是 一 种 外 自 准 直 装 置, 用 一 个 压 力 点 完 全 可 能 同 时 校 正 任 何 两 个 角 度 的 误 差 用 自 准 直 仪 目 镜 测 量 时, 试 加 压 棱 镜, 找 到 使 水 平 分 离 象 彼 此 靠 近 的 加 压 点 每 一 次 测 量 都 必 须 这 样 做 在 棱 镜 上 作 好 记 号 的 加 压 自 找 中 点 就 是 抛 光 时 的 加 压 点 第 二 表 面 质 量 同 样 应 该 优 于 1/4 光 圈, 而 且 无 表 面 缺 陷 由 于 用 了 外 自 准 直 法 测 量 90 角, 阿 米 西 (90 ) 棱 镜 的 角 度 总 可 达 2 以 内 7. 棱 镜 90 屋 脊 面 的 制 造 铣 磨 半 成 品 棱 镜 的 90 屋 脊 角 必 须 用 更 仔 细 的 工 艺 技 术 将 棱 镜 胶 粘 到 90 凹 槽 夹 具 之 前, 应 用 一 把 高 度 游 标 尺 在 几 个 棱 镜 上 划 出 确 定 90 屋 脊 的 中 心 线 将 已 划 线 的 一 块 棱 镜 胶 粘 到 精 确 的 夹 具 里 作 为 铣 磨 屋 脊 角 时 的 对 准 线 在 烘 箱 内 将 棱 镜 加 热 到 80~85 在 一 块 盖 有 毛 巾 纸 的 加 热 平 板 上 加 热 夹 具 ( 如 果 纸 烧 焦, 则 温 度 太 高 ) 将 沥 青 胶 图 13.6 安 装 在 夹 具 里 制 造 阿 米 西 棱 镜 90 涂 在 加 热 的 夹 具 上, 直 到 胶 能 屋 脊 角 的 半 边 自 由 流 动 为 止 把 已 划 线 的 一 块 棱 镜 装 进 夹 具 中, 将 粗 抛 光 参 考 面 贴 在 90 铣 削 面 上 在 每 块 棱 镜 上 加 压, 确 保 棱 镜 顶 部 的 小 平 台 与 参 考 面 一 样 牢 靠 地 粘 紧 将 棱 镜 放 在 烘 箱 内 加 热 到 85, 重 新 检 验 一 下 所 有 棱 镜, 使 之 均 匀 地 胶 粘 在 夹 具 上 并 用 直 的 木 头 棒 将 棱 镜 压 紧 单 件 铣 磨 大 尺 寸 棱 镜 时 要 用 一 只 特 殊 设 计 的 夹 具, 而 且 加 热 时 要 远 离 气 流 因 为 不 均 匀 截 面 的 玻 璃 块 在 受 到 过 度 的 热 冲 击 时 将 会 碎 裂 ( 见 图 13.6) 一 些 已 加 热 的 镜 片 冷 却 到 室 温 后, 将 其 在 铣 磨 机 主 轴 上 装 牢, 并 把 夹 具 中 间 已 作 记 号 的 棱 镜 铣 磨 到 离 中 心 线 0.5mm 以 内 记 下 千 分 表 读 数, 供 下 一 步 铣 磨 操 作 之 用 用 分 厘 卡 以 120 间 隔 检 验 棱 镜 盘 的 平 行 性, 如 果 在 0.1mm 之 内 则 棱 镜 尺 寸 近 似 相 等 把 铣 好 的 棱 镜 盘 放 在 一 旁, 继 续 铣 磨 其 他 的 棱 镜 盘 如 果 平 行 性 超 过 0.1mm, 则 夹 具 有 毛 病 或 不 够 精 确 检 验 铣 磨 后 的 棱 镜 盘 时, 如 果 某 些 铣 磨 表 面 的 宽 度 比 平 均 值 大, 则 用 铅 笔 将 这 些 棱 镜 作 上 记 号, 以 便 以 后 分 开 处 理 用 225 号 金 刚 砂 细 磨 平 行 度 为 0.1mm 的 棱 镜 盘, 在 旋 转 的 平 模 上 把 平 行 度 修 到 0.05mm 范 第 79 页

106 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 围 以 内 将 清 洁 的 棱 镜 放 在 脱 脂 器 里 作 脱 脂 处 理 或 在 80 烘 箱 内 加 热 处 理 用 类 似 的 方 法 上 盘 和 加 工 90 屋 脊 的 第 二 面 由 于 平 板 的 厚 度 不 均 匀 导 致 棱 镜 过 宽 时 必 须 分 别 处 理 铣 磨 时 如 果 操 作 者 偶 然 不 慎 铣 掉 了 原 来 做 在 记 号 ( 这 样 修 正 就 更 加 困 难 ), 则 需 要 采 取 特 殊 的 处 理 办 法 棱 镜 重 新 上 盘 并 把 第 二 面 铣 磨 到 屋 脊 棱 0.1mm 以 内, 再 检 查 铣 磨 机 测 微 装 置 上 原 先 的 读 数 对 屋 脊 面 过 宽 的 棱 镜 ( 铣 磨 过 头 所 引 起 的 ), 可 以 将 90 角 修 磨 到 极 限 公 差 值 来 加 以 挽 救 8. 细 磨 与 抛 光 90 面 有 些 更 小 尺 寸 的 转 向 棱 镜 ( 小 于 12.5mm) 要 装 在 夹 具 里 细 磨 及 抛 光 90 屋 脊 的 第 一 表 面 或 者 石 膏 上 盘 后 再 细 磨 抛 光 如 果 在 金 属 夹 具 里 制 作 小 尺 寸 的 棱 镜, 则 必 须 在 每 一 表 面 间 用 细 长 条 的 透 镜 纸 将 它 们 胶 粘 起 来 ( 石 膏 上 盘 在 附 录 11 中 作 了 介 绍 ), 用 胶 粘 玻 璃 导 块 的 方 法 来 细 磨 及 抛 光 最 后 一 面, 胶 粘 时 每 一 表 面 间 垫 上 透 镜 纸 在 制 造 最 后 一 面 之 前, 必 须 将 第 一 面 镀 铝 或 镀 银, 以 便 用 内 自 准 直 测 量 法 这 一 点 在 下 一 节 再 讨 论 加 工 大 尺 寸 棱 镜 时 将 玻 图 13.7 为 了 控 制 阿 米 西 棱 镜 的 屋 脊 顶, 用 外 自 准 直 法 璃 导 块 垫 上 透 镜 纸 胶 到 90 测 量 90 屋 脊 的 每 一 个 面, 两 个 45 表 面 Ⅰ 和 表 面 Ⅱ 屋 脊 面 上 ( 见 图 13.7) 因 交 替 地 放 在 尼 龙 球 上 为 90 屋 脊 与 入 射 面 和 出 射 面 成 90, 故 可 以 用 另 外 一 种 自 准 直 装 置 ( 见 图 13.7) 把 棱 镜 放 在 预 先 蜡 胶 在 镀 铝 平 板 上 的 三 只 尼 龙 球 上 这 三 只 球 应 将 棱 镜 狭 长 表 面 稳 定 地 支 撑 住, 自 准 直 仪 调 整 到 近 似 于 31 角 度, 由 一 个 45 面 读 出 反 射 象 置 于 小 球 上 的 棱 镜 形 成 的 棱 镜 组 合 角 的 矢 量 角 为 31 然 后 固 紧 自 准 直 仪, 十 字 丝 对 准 反 射 象, 检 验 屋 脊 面 的 宽 度 在 用 外 自 准 直 法 的 过 程 中, 自 准 直 仪 十 字 线 中 水 平 线 对 准 反 射 象 然 后 提 起 棱 镜 ( 同 一 面 ) 并 旋 转 棱 镜 的 第 二 面, 判 断 新 的 反 射 象 在 前 述 十 字 丝 位 置 的 下 面 还 是 上 面 如 果 90 的 屋 脊 垂 直 于 入 射 面 和 出 射 面, 则 象 与 原 来 的 十 字 丝 重 合, 不 产 生 偏 移 在 自 准 直 仪 中 时 常 看 不 到 十 字 丝 象, 在 这 种 情 况 下, 可 修 磨 棱 镜, 使 象 的 水 平 漂 移 与 吕 心 对 称 总 之, 细 磨 时 必 须 达 到 零 点 抛 光 平 模 上 抛 光 表 面 的 面 形 质 量 必 须 优 于 1/8 个 光 圈, 而 且 应 无 表 面 缺 陷 可 以 将 90 屋 脊 的 一 个 抛 光 表 面 镀 铝 或 镀 银, 但 一 般 不 这 样 做, 而 是 将 玻 璃 导 块 和 透 镜 纸 按 竖 直 位 置 胶 到 90 角 镀 过 膜 的 屋 脊 面 上 细 磨 90 角 的 第 二 面 的 过 程 中, 用 棱 镜 组 合 角 的 外 自 准 直 法 检 验 90 屋 脊 角 检 验 时, 提 起 棱 镜 并 重 新 放 在 三 只 尼 龙 球 上 图 13.7 所 示 的 自 准 直 装 置 就 是 为 了 检 验 90 角 在 自 准 直 测 量 时, 棱 镜 与 镀 膜 平 板 需 要 安 装 在 一 个 水 平 平 台 上, 棱 镜 两 种 检 验 位 置, 但 是 不 需 要 重 合 细 磨 棱 镜 时, 使 用 的 加 压 点 必 须 使 水 平 分 离 象 彼 此 趋 近 在 两 次 准 直 检 验 时 触 及 棱 镜, 观 察 到 水 平 象 彼 此 趋 近, 就 能 方 便 地 确 定 压 力 点 如 果 两 个 角 度 有 误 差 ( 如 控 制 一 只 组 合 角 ), 则 最 后 压 力 点 在 两 个 已 确 定 的 压 力 点 中 间 第 80 页

107 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 9. 抛 光 和 内 自 准 直 法 检 验 为 了 修 正 角 度 误 差, 可 以 用 不 同 的 方 法 加 工 90 屋 脊 的 第 二 面 粗 抛 光 过 带 有 玻 璃 导 块 的 棱 镜 可 用 内 自 准 直 法 检 验 ( 见 图 13.8) 如 果 棱 镜 存 在 角 度 误 差, 则 在 自 准 直 目 镜 中 出 现 三 个 象 : 第 一 个 象 为 棱 镜 前 表 面 的 反 射 象, 第 二 第 三 个 象 为 透 射 到 后 表 面 然 后 进 入 自 准 直 仪 目 镜 的 内 反 射 象, 其 放 大 率 为 12* 因 为 这 种 检 验 是 相 当 灵 敏 的, 所 以 必 须 考 虑 到 棱 镜 抛 光 过 程 中 吸 收 的 潜 热, 检 验 前 必 须 有 足 够 的 待 检 时 间 如 果 棱 镜 是 理 想 的, 则 在 自 准 直 仪 中 三 个 象 是 重 合 的 适 当 调 整 棱 镜 与 自 准 直 仪, 使 象 位 于 目 镜 视 场 的 中 心 然 后 再 来 分 析 象 的 情 况 图 13.8 上 面 部 分 表 示 内 自 准 直 法 测 量 90 屋 脊 转 向 棱 镜 假 设 屋 脊 角 的 一 个 面 已 被 修 时 的 12* 放 大 率 下 面 部 分 列 出 民 自 准 直 法 测 量 正 ( 用 外 自 准 直 测 量 ) 且 表 面 有 90 角 时 所 观 察 到 的 几 种 可 能 的 图 样 1/10 光 圈 由 于 用 目 镜 可 能 观 察 到 次 级 象 或 幻 象, 故 不 要 考 虑 模 糊 不 清 的 象, 只 分 析 三 外 最 亮 的 象 因 为 不 可 能 预 计 观 察 到 的 图 象, 为 了 便 于 分 析 可 以 作 一 些 假 设 从 图 13.8a~h 可 以 看 到 角 度 误 差 产 生 的 多 重 象 之 间 的 关 系 光 学 行 业 的 许 多 初 学 者 难 以 理 解 锐 角 ( 负 ) 和 钝 角 ( 正 ) 误 差 的 意 义 ( 见 图 13.9a~c) 图 13.9a 表 示 90 角 正 误 差 ;b 图 表 示 90 角 负 误 差 ;c 图 表 示 屋 脊 棱 的 倾 斜 角 为 锐 角 ;d 图 表 示 屋 脊 棱 的 倾 斜 角 为 钝 角 必 须 记 住, 这 些 角 度 误 差 值 是 小 的 ( 不 超 过 ±1 ) 虚 线 表 示 抛 光 时 需 要 去 掉 的 玻 璃 楔 操 作 者 不 可 能 加 上 一 块 玻 璃, 只 有 计 算 机 才 可 能 做 到! 当 存 在 误 差 时, 压 力 总 是 加 在 棱 镜 的 锐 角 或 负 角 的 一 边 向 图 13.9 表 示 用 手 工 抛 光 修 正 90 屋 脊 的 角 度 误 差 时, 下 的 箭 头 表 明 修 正 角 度 误 差 时 压 力 点 位 置 和 角 度 误 差 的 几 何 图 解 注 意 加 压 点 总 位 于 的 压 力 点 负 的 一 侧 第 81 页

108 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 有 几 种 方 法 可 以 判 断 是 锐 ( 负 ) 角 还 是 钝 ( 正 ) 角 用 哈 气 检 验 法 可 以 判 断 第 一 个 45 面 的 反 射 象 及 棱 镜 的 内 自 准 直 象 在 离 自 准 直 镜 最 远 的 45 面 上 重 重 地 哈 一 口 气, 当 水 分 蒸 发 时 在 目 镜 视 场 中 观 察 到 从 象 重 新 出 现, 其 中 没 有 消 失 过 的 象 为 前 表 面 的 反 射 象 从 象 的 重 现 是 由 于 90 屋 脊 的 内 自 准 直 而 产 生 的, 靠 近 参 考 象 ( 棱 镜 前 表 面 的 反 射 象 ) 的 两 个 象 的 分 离 (x) 是 90 屋 脊 的 误 差,90 屋 脊 倾 斜 的 误 差 为 (y) 参 考 象 必 须 位 于 目 镜 的 视 场 中 心 可 以 用 两 条 规 则 确 定 角 度 为 钝 ( 正 ) 角 和 锐 ( 负 ) 角 规 则 1. 目 镜 从 最 佳 焦 点 向 内 离 焦, 如 果 分 离 象 向 参 考 象 靠 近, 则 为 锐 ( 负 ) 角 规 则 2. 按 规 则 1 离 焦, 如 果 角 度 的 反 射 象 趋 向 于 进 一 步 分 离, 则 为 钝 ( 正 ) 角 另 外 一 种 方 法 称 为 刀 口 检 验, 也 可 用 来 检 验 玻 璃 的 角 度 用 一 把 钢 皮 尺 将 目 镜 底 部 遮 栏, 如 果 上 面 的 水 平 象 消 失, 则 玻 璃 的 角 度 为 锐 角 或 小 于 90 如 果 下 面 的 水 平 象 消 失, 则 玻 璃 的 角 度 为 钝 角 或 大 于 90 在 图 13.8a 是 一 个 理 想 棱 镜, 三 个 象 重 叠 为 一 个 象 图 13.8b 中 的 中 间 象 为 第 一 个 45 面 的 反 射 象, 两 侧 的 象 是 屋 脊 面 的 反 射 象 用 哈 气 检 验 法 可 以 证 明, 哈 气 检 验 时 三 个 象 里 有 两 个 象 将 重 现 有 许 多 ( 实 际 上 是 四 种 ) 情 况 与 屋 脊 顶 引 起 的 从 象 有 关 如 果 一 个 中 心 象 和 一 个 侧 边 象 消 失, 则 它 们 为 屋 脊 象 如 果 两 个 侧 边 象 均 消 失, 则 所 有 象 在 同 一 水 平 方 向 上 这 就 是 说, 与 参 考 面 ( 第 一 个 45 面 ) 有 关 的 屋 脊 倾 斜 角 已 被 修 正 两 个 侧 边 象 的 分 离 表 示 90 屋 脊 的 角 度 误 差, 可 以 用 规 则 1 和 2 来 判 断 误 差 的 正 负 应 该 指 出 两 个 侧 边 象 可 能 对 中 心 的 参 考 象 不 等 距 ( 见 图 13.8c), 一 个 紧 靠 参 考 象, 另 一 个 有 较 大 的 距 离 这 就 表 示 屋 脊 相 对 于 棱 镜 所 选 择 的 参 考 面 是 倾 斜 的, 即 参 考 面 与 二 个 屋 脊 面 所 形 成 的 角 度, 一 个 大 于 135, 而 另 一 个 小 于 135 ( 见 图 13.8c) 另 一 种 可 能 性 是 误 差 的 组 合, 屋 脊 面 相 对 于 准 直 仪 的 反 射 参 考 面 的 夹 角 不 是 67.5, 即 屋 脊 面 的 倾 斜 角 存 在 误 差 ( 见 图 13.8d) 图 13.8e 表 示 屋 脊 棱 的 倾 斜 角 误 差, 即 表 示 屋 脊 棱 相 对 于 选 定 的 参 考 面 的 倾 斜 度 及 90 屋 脊 角 的 正 或 负 图 13.8f g 及 h 与 e 相 似 如 图 13.8e 所 示, 象 可 能 分 布 在 水 平 面 之 左 或 右, 如 果 两 个 屋 脊 象 全 部 在 某 一 侧 或 在 参 考 象 的 另 一 侧, 则 可 能 存 在 两 种 情 况, 即 在 水 平 面 上 面 或 下 面 ( 见 图 13.8h) 总 之, 还 可 能 出 现 其 它 的 组 合, 但 是 在 一 般 情 况 下, 如 果 按 外 自 准 直 测 量 法 加 工, 列 举 的 例 子 包 括 了 大 多 数 的 可 能 性 显 然, 如 果 90 角 已 修 磨 好 ( 水 平 线 上 无 从 象 ), 则 不 必 再 抛 光 修 改 如 果 从 第 一 个 90 面 来 的 反 射 参 考 象 形 成 其 它 形 式 的 组 合, 则 要 重 新 修 磨 阿 米 西 棱 镜 的 第 二 个 90 面 如 果 90 角 已 修 正 得 很 好, 则 对 于 大 部 分 带 90 屋 脊 面 的 转 向 棱 镜 而 言, 已 不 存 在 屋 脊 象 对 参 考 象 的 偏 离 必 须 认 识 到 加 工 这 种 型 式 棱 镜 的 操 作 者 必 须 有 足 够 的 自 准 直 仪 的 知 识 及 对 制 造 高 质 量 表 面 与 精 密 角 度 有 相 当 的 经 验 如 果 他 们 再 掌 握 玻 璃 角 的 成 象 原 理 ( 特 别 是 图 13.8) 及 各 种 成 象 位 置 的 检 验 方 法, 则 他 将 能 很 快 学 会 如 何 操 作 检 验 时 只 在 一 个 方 向 离 焦 目 镜 是 有 利 的, 可 以 避 免 混 淆 应 该 记 住, 检 验 的 角 度 形 成 两 个 象 时, 如 果 两 个 象 的 交 点 精 确 地 位 于 焦 平 面 上, 当 目 镜 向 里 移 动, 象 分 开, 则 表 示 角 度 为 钝 ( 正 ) 角 如 果 目 镜 以 相 等 的 量 向 外 离 焦, 则 象 也 分 开 一 段 距 离, 该 距 离 与 目 镜 里 离 焦 时 象 的 分 离 量 相 等 记 住 : 目 镜 由 最 佳 焦 点 向 里 外 离 焦 时, 象 都 会 分 开 确 定 角 度 是 否 已 达 到 准 直 仪 分 辨 率 规 定 范 围 之 内, 最 简 单 的 方 法 是 : 在 最 佳 焦 点 位 置 上 用 12* 目 镜 观 察 到 唯 一 的 一 个 象, 则 角 度 分 辨 率 在 2 以 内 重 要 的 是 抛 光 到 修 正 了 角 度 以 后, 在 检 验 以 前 应 保 证 棱 镜 吸 收 的 潜 热 已 经 消 散, 且 表 面 质 量 再 恢 复 到 1/4 个 光 圈 10. 其 它 的 检 验 法 有 些 光 学 车 间 应 用 的 另 一 个 方 法 是 用 刻 有 水 平 线 与 垂 直 线 的 标 板, 把 它 置 于 距 20* 观 察 望 远 镜 一 定 距 离 ( 大 约 6.5m) 处, 观 察 望 远 镜 与 标 板 按 直 角 方 向 布 置 在 望 远 镜 物 镜 前 放 上 棱 镜, 第 82 页

109 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 观 察 者 从 望 远 镜 观 察 到 标 板 的 象 如 果 棱 镜 的 屋 脊 角 已 精 确 修 正, 则 水 平 线 重 合 为 一 条 线 如 果 棱 镜 的 平 面 没 有 象 散, 则 垂 线 不 是 从 线 棱 镜 的 玻 璃 中 的 条 纹 会 影 响 垂 直 象 和 水 平 象 内 自 准 直 法 观 察 到 的 情 况 类 似 90 屋 脊 角 误 差, 使 水 平 象 呈 从 象 误 差 大 于 2 的 棱 镜 使 水 平 线 稍 微 有 些 变 粗 或 呈 从 象, 这 是 由 于 水 平 线 或 垂 直 线 以 不 同 入 射 平 面 通 过 屋 脊 之 故 如 果 棱 镜 表 面 的 面 形 优 于 1/8 光 圈 而 且 没 有 象 散,90 屋 脊 角 精 确 修 正, 则 水 平 线 与 垂 直 线 均 是 尖 锐 的, 应 该 知 道, 通 常 不 需 要 在 自 准 直 检 验 中 观 察 到 屋 脊 象 与 反 射 参 考 象 重 合, 即 使 是 极 好 的 棱 镜 也 不 需 要 这 样 标 板 的 位 置 与 参 考 象 无 关 用 内 自 准 直 法 制 造 90 屋 脊 棱 镜 时 不 用 标 板 底 面 宽 度 小 于 1.8cm 的 棱 镜 不 能 用 标 板 法, 而 应 用 内 自 准 直 法 象 讨 论 内 自 准 直 法 一 样, 确 定 角 度 是 锐 ( 负 ) 角 或 钝 ( 正 ) 角 可 用 目 镜 检 验 法 对 一 个 修 正 好 的 棱 镜 而 言, 目 镜 离 焦 以 前, 水 平 线 与 垂 直 线 的 粗 细 一 致, 目 镜 从 最 佳 焦 点 向 里 离 焦 如 果 水 平 线 和 垂 直 线 形 成 一 个 小 的 正 方 形, 则 说 明 棱 镜 已 修 正 好 如 果 在 垂 直 平 面 上 的 象 为 矩 形, 则 90 屋 脊 角 为 钝 角 如 果 在 水 平 面 上 的 象 为 矩 形, 则 90 屋 脊 角 为 锐 角 11. 干 涉 仪 检 验 90 屋 脊 角 本 节 扼 要 地 介 绍 用 干 涉 仪 检 验 90 屋 脊 角 ( 见 图 13.10) 干 涉 仪 是 一 种 常 规 的 检 验 装 置, 由 两 块 分 开 的 端 部 反 射 镜 来 观 察 条 纹 图 样 棱 镜 置 于 固 定 反 射 的 光 路 中 阿 米 西 棱 镜 ( 或 带 有 屋 脊 的 直 角 棱 镜 ) 于 正 常 的 安 装 位 置, 它 的 一 个 45 面 接 受 来 自 离 棱 镜 最 近 的 反 射 平 板 (mb3b) 反 射 的 平 行 光 束, 棱 镜 另 一 个 45 面 位 于 靠 近 从 初 始 位 置 转 过 来 的 固 定 反 射 镜 处 放 在 干 涉 仪 底 座 上 的 棱 镜 座 必 须 有 适 当 的 图 用 干 涉 检 验 法 检 验 90 屋 脊 角 时 条 纹 背 向 或 朝 高 度 屋 脊 棱 镜 的 棱 对 准 平 行 向 屋 脊 棱 移 动, 用 干 涉 装 置 检 验 较 大 棱 镜 时, 一 般 可 以 光 束 的 中 心 棱 镜 的 顶 部 粘 上 观 察 到 光 程 差 条 纹 胶 带 纸 并 固 紧 在 基 座 上, 但 不 需 要 永 久 连 接 有 时 在 目 镜 中 观 察 到 两 个 移 动 着 的 光 斑 此 时 旋 转 棱 镜 或 很 好 地 调 整 端 部 反 射 的 夹 具, 使 光 源 的 一 个 光 斑 与 固 定 的 光 源 重 合, 再 拧 出 目 镜, 观 察 条 纹 图 样 观 察 时 选 择 了 错 误 的 光 源 的 情 况 经 常 发 生 有 些 干 涉 仪 ( 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 和 其 它 干 涉 仪 ) 带 有 楔 角 分 光 板, 所 以 观 察 不 到 由 背 面 反 射 回 来 的 象 观 察 的 第 一 组 条 纹 一 般 是 多 重 的 狭 的 平 行 的 移 动 图 可 动 的 反 射 镜 直 到 屋 脊 棱 镜 有 3~4 条 条 纹, 并 定 位 在 垂 直 平 面 内 棱 镜 的 两 个 ; 屋 脊 面 的 光 圈 数 应 相 等 如 果 90 屋 脊 是 理 想 的, 则 条 纹 图 样 如 图 13.11a 所 示 由 于 棱 镜 斜 面 的 透 射 缩 小 效 应, 干 涉 图 样 呈 矩 形 而 不 是 圆 形 如 果 90 屋 脊 角 为 锐 ( 负 ) 角 或 钝 ( 正 ) 角, 则 条 纹 图 样 如 图 13.11b 或 c 所 示 条 纹 图 第 83 页

110 第 十 三 章 转 向 屋 脊 棱 镜 样 的 倾 斜 与 两 个 因 素 有 关 : 第 一 90 屋 脊 角 不 是 理 想 的 90 角 ; 第 二 焦 平 面 上 的 垂 直 象 ( 由 两 块 平 面 反 射 镜 而 引 起 的 ) 使 条 纹 实 际 上 呈 两 段 圆 弧, 当 两 个 圆 弧 重 合 时, 其 交 线 是 左 右 倾 斜 的 直 条 纹 按 屋 脊 棱 判 断 90 屋 脊 角 的 正 负 误 差 将 最 靠 近 被 检 棱 镜 的 平 面 反 射 镜 稍 为 后 移, 使 光 路 增 长 如 果 条 纹 向 屋 脊 棱 移 动, 则 角 度 为 钝 角 或 大 于 90 ( 见 图 13.11c) 反 之 背 向 屋 脊 棱 移 动, 则 为 锐 角 或 小 于 90 ( 见 图 13.11b) 由 于 采 用 了 干 涉 检 验, 在 干 涉 图 样 中 可 能 会 出 现 其 他 不 规 则 性 条 纹 可 能 稍 微 弯 曲 或 尾 部 上 翘 或 下 塌 (S 图 形 ) 这 是 由 于 抛 光 表 面 的 翘 边 或 塌 边 棱 镜 的 玻 璃 折 射 率 不 均 匀 造 成 的 这 可 以 用 一 块 光 学 平 晶 重 新 检 验 抛 光 表 面 来 证 实 如 果 没 有 发 现 表 面 面 形 的 缺 陷, 则 是 由 于 玻 璃 的 OPD 不 均 匀 之 故 如 果 条 纹 变 化 微 小, 可 以 局 部 扣 修 一 个 45 面 来 修 正 ( 见 附 录 8) 在 可 调 节 的 烘 箱 内 将 棱 镜 加 热 到 80, 从 棱 镜 上 拆 下 胶 粘 的 玻 璃 导 块 棱 镜 冷 却 后, 用 二 甲 苯 溶 液 清 洗, 然 后 再 用 热 的 洗 涤 溶 液 清 洗 如 果 屋 脊 上 镀 了 银, 则 用 浓 硝 酸 除 去 银 铝 层 可 用 浓 碱 液 或 盐 酸 除 去 习 题 : 1. 为 了 修 正 角 度 误 差, 压 力 点 应 置 于 何 处? 2. 为 什 么 在 干 涉 仪 中 第 三 块 反 射 镜 有 助 于 检 验 转 向 棱 镜? 3. 写 出 五 种 带 屋 脊 的 转 向 棱 镜 的 名 称 4. 试 说 明 控 制 转 向 棱 镜 90 屋 脊 顶 的 方 法 5. 内 反 射 测 量 阿 米 西 棱 镜 和 施 特 棱 镜 时 的 放 大 率 是 多 少? 6. 为 什 么 加 工 90 屋 脊 前 要 完 成 阿 米 西 棱 镜 90 面 的 加 工? 7. 叙 述 检 验 90 屋 脊 的 标 板 装 置 8. 磨 出 底 面 长 度 小 于 0.5cm 棱 镜 的 小 平 台 和 角 度 参 考 文 献 ms, Optical Shop Procedures and Theory,8,Northronics-Northrop Corporation,1955. De Vany,A.S. Deviation Prisms:Controlling the 90 Roof-Anfle Ridge, Appl,Opt.,15,1104(1976). De Vany,A.S. Deviation Prism Interferometric Testing, Appl,Opt.,17,7(1978) Ferson,F.B. Prisms,Flats,Mirrors, in Amatuer Telescope Making-Advanced,A.G.Ingalls,Ed.,Sci.Am.,89-93(1959). Moffitt,G.W. Autocollimation of Prism, J.Opt.Soc.Am.Rev.Sci.Instrtum.,7,41-51(1923). 第 84 页

111 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 及 夹 层 窗 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 及 夹 层 窗 许 多 方 面 例 如 水 泡 室 导 弹 和 风 洞 观 察 窗 低 质 量 的 水 泡 室 到 最 高 质 量 的 空 间 光 学 仪 器 都 要 要 用 到 平 行 平 板 和 光 学 窗 而 坦 克 及 其 它 场 合 中 使 用 的 夹 层 窗 既 要 求 制 造 成 本 低 廉 而 且 还 要 达 到 安 全 的 目 的 早 期 的 带 有 光 学 制 导 系 统 的 导 弹 大 概 是 由 罗 期 鲁 普 (Northrop) 公 司 制 造 的 它 实 际 上 是 通 过 一 个 20in 的 窗 口 向 选 定 的 星 座 瞄 准, 用 正 三 角 形 布 置 的 三 个 小 口 径 望 远 镜 制 导 导 弹 本 章 讨 论 各 种 大 小 的 平 行 平 板 的 制 造, 最 大 的 平 行 平 板 达 到 20in 通 常 平 行 平 板 的 平 行 度 高 于 5", 抛 光 表 面 符 合 Mil ( 级 ) 抛 光 标 准 所 规 定 的 4-10 表 面 疵 病 等 级 面 形 质 量 为 在 10in 直 径 内 达 到 半 个 圈 ; 象 散 小 于 0.25 条 纹 ; 球 面 光 焦 度 小 于 1 其 它 按 Jan-G174A 规 定 从 玻 璃 厂 制 造 出 来 的 玻 璃 盘 通 常 用 毡 布 抛 光 并 用 翟 测 试 法 评 定 玻 璃 的 均 匀 性 级 别 ( 风 第 五 章 ) 由 于 采 用 了 粗 抛 光 表 面, 必 须 用 匹 配 折 射 油 对 平 行 平 面 玻 璃 板 作 斯 柯 雷 里 质 量 检 验, 以 检 验 出 结 石 气 泡 和 条 纹 大 的 玻 璃 毛 坯 一 次 检 验 一 个 方 向 这 类 平 面 的 研 磨 及 抛 光 与 通 常 小 型 平 行 平 板 的 加 工 过 程 相 类 似, 用 大 型 反 射 式 菲 索 干 涉 仪 检 验 平 行 度 夹 层 窗 的 制 造 方 法 是 锯 切 抛 光 后 的 玻 璃, 然 后 用 玻 璃 角 度 误 差 互 相 抵 消 的 独 特 方 法 将 锯 下 的 玻 璃 胶 在 一 起 1 基 本 操 作 将 已 检 验 过 均 匀 性 的 毛 坯 装 在 真 空 夹 具 里 铣 磨, 上 下 表 面 的 平 行 度 应 达 到 高 精 度, 同 时 倒 出 0.5in 宽 度 的 45 0 倒 边 因 为 制 造 厂 一 般 已 将 圆 玻 璃 盘 磨 边, 但 需 要 时 也 可 双 在 铣 磨 机 上 用 磨 轮 磨 出 ( 见 第 一 章 ) 通 常 用 两 种 方 法 强 化 已 磨 边 的 玻 璃 圆 盘 : 第 一 种 是 在 磨 平 行 平 面 之 前 用 特 殊 制 造 的 机 器 研 磨 外 圆 及 倒 边, 并 用 呢 布 抛 光 之 另 一 种 方 法 是 在 盛 有 氢 氟 酸 的 特 殊 塑 料 罐 里 酸 蚀 整 个 玻 璃 圆 盘 酸 雾 腐 蚀 时, 动 作 要 迅 速, 但 是 仍 有 图 14.1 瓷 砖 胶 在 平 铝 模 上 构 成 的 一 定 的 危 险 性, 需 要 采 用 特 殊 设 计 的 通 风 设 备 腐 蚀 的 雾 平 面 研 磨 磨 具 气 可 以 蚀 入 金 刚 石 砂 的 裂 纹 ( 约 0.01mm 的 深 度 ) 通 过 这 样 的 处 理 确 实 提 高 了 玻 璃 毛 坯 的 强 度 我 回 想 起 在 SNARK 工 程 中 看 到 一 些 51cm 玻 璃 毛 坯 的 破 裂 现 象 现 在 不 会 再 重 演 了 目 前 20 lb 的 榔 头 从 夹 具 上 敲 下 抛 光 过 圆 周 及 倒 角 的 玻 璃 圆 盘 也 不 会 破 裂 而 以 前 制 造 的 某 些 未 抛 光 外 圆 的 圆 盘 在 该 过 程 中 则 易 于 破 裂 酸 蚀 粗 加 工 表 面 是 有 问 题 的, 除 非 有 足 够 的 时 间 抛 掉 金 刚 石 铣 磨 痕 迹 我 回 想 起 曾 经 有 一 些 施 密 特 卡 塞 格 林 相 机 从 工 场 中 退 回, 就 是 为 了 从 校 正 板 上 除 去 一 些 擦 痕 并 重 新 镀 膜 用 高 浓 度 的 硫 硼 化 合 物 除 去 膜 层 以 后, 从 平 面 上 就 可 以 看 到 金 刚 石 磨 痕, 而 比 平 面 抛 光 量 大 4 倍 的 校 正 面 上 则 没 有 磨 痕 抛 光 的 作 用 就 象 土 司 上 涂 白 脱 填 平 了 凹 痕 将 一 块 检 验 过 均 匀 性 并 研 磨 过 的 玻 璃 毛 坯 置 于 同 样 直 径 的 垫 了 一 块 橡 皮 毛 毡 的 轻 铝 夹 具 中 为 了 防 止 毛 坯 滑 动 在 毛 坯 的 四 周 贴 上 几 层 胶 带 纸 铝 夹 具 上 粘 上 瓷 砖 制 成 ( 见 图 14.1) 磨 具, 胶 粘 的 两 块 瓷 砖 间 相 隔 一 块 瓷 砖 的 宽 度 用 瓷 砖 模 的 理 由 之 一 是 在 玻 璃 零 件 上 可 以 磨 出 凹 凸 形 状, 而 铸 铁 模 不 易 使 面 形 变 化 瓷 砖 模 与 铸 铁 模 不 一 样, 当 湿 砂 磨 干 时 为 会 被 吸 住, 因 此 可 以 得 到 较 好 的 细 磨 表 面 因 为 使 平 行 平 面 工 件 较 薄 (1/20 直 径 比 ), 细 磨 时 一 般 将 玻 璃 毛 坏 放 在 上 面, 瓷 砖 模 装 在 主 轴 上 主 轴 转 速 一 般 为 20r/min, 偏 心 臂 转 速 为 10r/min, 动 程 为 1/3 第 85 页

112 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 及 夹 层 窗 用 12 in 球 径 仪 检 测 表 面, 测 量 时 要 求 比 预 定 的 读 数 稍 大 一 点 ( 约 凹 0.001in) 用 250 号 氧 化 铝 金 刚 砂 细 磨 第 一 面 后 有 分 厘 卡 在 玻 璃 毛 坯 的 八 个 点 上 检 验 平 行 度, 并 用 250 号 砂 修 磨 第 二 面, 磨 之 前 用 软 笔 在 厚 的 一 边 作 上 记 号, 然 后 在 铝 夹 具 上 加 上 铅 块 磨 去 楔 度 差 方 程 (1) 用 于 估 算 磨 去 玻 璃 圆 盘 楔 角 所 需 要 附 加 重 块 的 重 量 当 为 圆 平 面 而 无 中 心 夹 头 时 D=r(W+L)/4L 14-1 这 里 D 是 夹 具 上 重 块 偏 离 中 心 距 离 ;r 为 玻 璃 圆 盘 的 半 径 ;W 为 玻 璃 圆 盘 和 夹 具 的 总 重 量 ; L 为 偏 心 处 附 加 的 铅 重 例 如, 以 磅 和 英 寸 作 单 位 : 修 正 直 径 为 20in 的 玻 璃 圆 盘 的 楔 角, 圆 盘 与 工 夹 具 的 总 重 量 近 似 为 30 lb 求 15 lb 的 铅 重 应 放 在 何 处? 计 算 :D=10(30+15)/4*15=450/60=7.5in 显 然, 这 就 是 修 正 楔 角 时 所 需 要 除 去 玻 璃 的 最 小 量 实 际 上 铅 块 的 对 面 一 端 的 楔 角 厚 度 为 零 通 常 尚 未 加 工 完 毕 便 会 出 现 磨 痕, 这 时 用 几 块 胶 带 纸 固 定 的 铅 块 应 放 在 比 计 算 值 更 为 靠 近 边 缘 的 地 方 在 磨 下 一 道 砂 以 前, 平 行 度 应 达 到 公 差 范 围 以 内 用 两 道 砂 (145 号 和 95 号 氧 化 铝 嫠 ) 先 后 细 磨 每 一 个 面, 使 其 用 30cm 球 径 仪 测 量 达 到 要 求 由 于 145 号 和 95 号 砂 除 去 的 楔 角 量 小, 所 以 在 用 145 号 砂 研 磨 以 前, 平 行 度 应 达 到 公 差 要 求, 即 用 分 厘 卡 测 量 时, 各 点 的 读 数 差 值 在 0.01mm 之 内 因 为 加 重 块 可 以 提 高 145 号 砂 的 研 磨 速 度, 从 而 去 除 楔 形 差, 但 却 可 能 使 玻 璃 圆 盘 表 面 引 起 象 散, 所 以 研 磨 一 段 时 间 后, 应 除 去 所 加 重 块 抛 光 前 同 样 希 望 面 形 为 凹 面, 磨 75 号 砂 时 应 该 缩 短 到 15cm 用 95 号 砂 时 应 将 平 行 平 板 的 每 一 个 面 的 砂 眼 磨 透, 特 别 要 注 意 在 楔 角 薄 端 不 应 存 在 未 磨 到 的 痕 迹 2 抛 光 与 修 正 光 圈 在 第 三 章 中 已 介 绍 了 沥 青 抛 光 模, 制 作 沥 青 抛 光 模 时 需 要 一 只 与 玻 璃 盘 直 径 一 样 大 的 铝 模, 制 作 过 程 并 不 困 难, 仅 是 一 些 轻 便 的 手 工 操 作 在 铝 模 四 周 用 胶 带 纸 粘 成 一 个 高 出 表 面 1in 的 档 圈, 然 后 将 热 的 沥 青 抛 光 胶 倒 在 加 热 的 铝 模 上 沥 青 胶 的 厚 度 大 约 为 0.5in 沥 青 胶 冷 却 以 后 ( 用 稍 湿 的 手 指 试 一 下 ), 如 果 可 以 看 到 手 指 印 说 明 可 在 整 个 面 上 涂 抛 光 悬 浮 液 用 压 板 压 平, 再 撕 去 胶 带 纸, 轻 轻 地 把 玻 璃 圆 盘 放 在 抛 光 盘 上 然 后 在 抛 光 模 上 移 上 移 下 玻 璃 平 板, 看 看 夹 杂 着 的 气 泡 是 否 变 得 更 小, 玻 璃 圆 盘 周 围 的 沥 青 胶 是 否 均 匀 用 浸 湿 冷 水 的 海 绵 沾 湿 铝 模 再 快 速 冷 却 玻 璃 圆 盘, 特 别 注 意 要 沾 湿 铝 模 的 四 周 围 所 有 夹 杂 的 气 泡 不 必 除 掉, 甚 至 某 些 地 方 胶 未 压 平 也 无 关 紧 要, 因 为 流 动 的 沥 青 胶 会 将 其 填 平 下 面 是 第 三 章 中 已 介 绍 过 的 方 法 把 沥 青 模 切 割 成 1in 见 方 的 小 方 格 简 言 之, 用 洗 涤 溶 液 弄 湿 沥 青 模, 用 一 根 1in 宽 的 铜 条 作 间 隔 穿 过 抛 光 模 开 槽 然 后 压 制 抛 光 模 的 小 网 格, 此 小 网 格 称 之 为 波 皱 面 ( 见 图 14.2) 用 冷 压 法 制 作 小 网 格 的 过 程 是 这 样 的 : 由 抛 光 悬 浮 液 弄 湿 已 开 过 槽 的 抛 光 模, 并 放 上 一 块 湿 的 尼 龙 网 在 其 上 面 压 上 磨 砂 圆 平 板 和 铝 模, 再 加 上 一 些 铅 块, 通 常 过 几 个 小 时 就 可 以 了 如 果 不 加 铅 块 则 需 要 压 过 夜 在 抛 光 模 上 将 玻 璃 压 板 滑 动 一 小 段 距 离 以 检 查 网 格 压 痕 注 意, 尼 龙 网 压 入 的 深 度 不 能 超 过 网 线 直 径 的 一 半, 否 则 会 从 抛 光 盘 上 拉 下 沥 青 从 抛 光 盘 上 取 下 玻 璃 盘 及 铝 模 之 前 将 水 喷 入 沥 青 槽, 靠 毛 细 管 作 用 使 水 渗 到 玻 璃 下 面, 以 利 于 取 下 玻 璃 盘 图 14.2 平 面 沥 青 抛 光 模 的 制 作, 表 面 抛 光 时 主 轴 转 速 为 20r/min, 摆 轴 转 速 为 以 后 切 出 浅 槽 方 格 用 纱 窗 压 制 小 方 格 15r/min, 抛 光 模 的 动 程 是 15cm 抛 光 20min 检 验 一 下 抛 光 的 进 展 如 果 中 心 比 边 缘 亮, 再 抛 光 几 个 小 时 反 之, 则 将 动 程 调 整 到 3in, 摆 速 调 整 到 20r/min 抛 光 1h 后 用 10in 的 光 学 平 晶 检 验 时, 表 面 质 量 应 小 于 ( 凹 或 凸 ) 三 个 光 圈 如 第 86 页

113 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 及 夹 层 窗 果 为 凹 的, 再 抛 光 1~2h, 若 是 凸 的, 需 翻 过 来 再 抛 另 一 面 这 是 因 为 细 磨 时 一 面 已 磨 成 凸 面, 而 另 一 面 仍 为 凹 面 总 之, 只 能 在 短 时 间 内 粗 抛 一 个 面, 然 后 翻 面, 将 另 一 面 加 工 到 公 差 内 如 果 不 翻 面 而 直 接 把 一 个 面 加 工 完 毕, 则 泰 曼 效 应 使 加 工 面 因 装 夹 而 引 起 象 散 用 改 变 摆 动 臂 的 动 程 来 抛 修 被 加 工 表 面 时, 开 始 用 1/3 零 件 直 径 作 动 程, 以 后 用 1/3 和 1/4, 每 隔 20min 改 变 一 次 动 程 用 相 同 的 方 法 完 成 第 二 面 的 抛 光 用 样 板 检 验 时 可 能 会 出 现 象 散 下 面 介 绍 修 正 抛 光 面 的 方 法 3 修 正 抛 光 面 由 于 铝 模 与 玻 璃 板 的 重 量 使 表 面 产 生 不 均 匀 的 抛 光, 形 成 柱 面 面 形 补 救 的 / 办 法 是 用 三 脚 驱 动 器 的 橡 皮 撑 脚 推 动 玻 璃, 使 玻 璃 圆 盘 在 抛 光 模 上 浮 动, 从 而 消 除 象 散 在 修 正 抛 光 面 过 程 中, 经 常 需 要 用 相 反 面 形 的 压 板 压 制 抛 光 模, 以 修 正 面 形 压 板 的 一 个 面 通 常 为 凹 2~3 个 光 圈, 另 一 个 面 则 凸 2~3 个 光 圈 如 果 玻 璃 面 是 凸 的, 则 用 凹 面 压 板, 将 沥 青 抛 光 模 压 出 凸 的 表 面 反 之, 凸 压 板 把 沥 青 抛 光 模 压 出 凹 的 表 面 若 在 压 板 上 放 一 只 重 的 铸 铁 磨 模 会 加 快 压 制 过 程, 但 加 铸 铁 模 时 应 垫 一 块 橡 皮, 以 保 护 玻 璃 面 如 果 抛 光 模 的 小 网 格 还 存 在, 则 通 常 只 要 压 15min 左 右 即 可 想 规 定 出 各 种 转 速 和 上 轴 与 主 轴 间 的 动 程 长 度 是 不 可 能 的 因 为 这 个 量 是 可 变 的, 必 须 由 经 验 来 确 定 用 一 块 f/3.5 的 球 面 镜 检 验 光 平 行 平 板 的 平 行 度, 平 行 平 面 板 放 在 凹 面 镜 的 焦 点 外 形 成 自 准 直 检 验 置 最 初 使 用 水 银 灯 作 光 源, 但 限 制 了 被 检 玻 璃 零 件 的 厚 度 现 在 用 0.3mW 激 光 光 源, 在 毛 玻 璃 上 观 察 到 投 影 的 条 纹 用 12in 戴 维 森 平 面 干 涉 仪 检 验 表 面 质 量 并 用 菲 索 条 纹 检 验 平 行 度 图 14.3 表 示 用 本 章 所 述 的 工 艺 方 法 所 加 工 出 的 玻 璃 圆 盘 的 质 量 在 大 于 51cm 直 径 的 零 件 上 观 察 到 四 条 条 纹 粗 略 计 算, 每 条 条 纹 相 当 于 1.5, 平 行 平 板 的 直 径 为 50.1cm, 故 平 行 度 为 0.12 平 行 度 ( 秒 )=1.5 条 纹 / 工 件 直 径 (14 2) 如 第 一 章 所 述, 窗 的 规 格 为 :1in 直 径 内 有 半 个 光 圈 的 面 形 质 量 ; 小 于 四 分 之 一 光 圈 的 象 散 ; 小 于 1 的 球 面 光 焦 度 和 图 14.3 用 本 章 所 述 的 方 法 制 造 两 秒 的 平 行 度 例 题 : 图 14.3 是 直 径 为 20in 的 平 行 平 板 出 优 等 的 22in 窗 注 意 总 共 的 干 涉 图 照 片, 试 求 楔 角 应 为 多 少? 答 :0.12 不 要 将 偏 心 4 条 条 纹 或 0.26 圆 条 纹 误 认 这 面 形 质 量, 该 圆 条 纹 是 两 个 抛 光 面 之 间 的 光 程 差 而 形 成 的 菲 索 条 纹 玻 璃 圆 盘 的 表 面 质 量 大 概 是 直 径 为 51cm 贺 盘 上 为 4 1/2 条 纹 或 两 个 条 纹 4. 小 型 平 行 平 板 小 型 平 行 平 板 的 制 造 方 法 与 大 的 平 行 平 板 的 制 造 方 法 娄 似, 但 是 要 达 到 所 要 求 的 平 行 度 有 些 困 难, 因 为 人 们 不 能 象 大 块 玻 璃 那 样 用 分 离 卡 测 量 厚 度 来 确 定 平 行 度 的 精 度 然 而 用 一 只 特 殊 的 三 点 支 承 夹 具 及 一 只 克 勒 维 林 德 (Cleuelancl) 电 子 测 量 头 就 可 以 获 得 很 高 的 精 度, 楔 度 测 量 值 大 约 为 0.001mm 细 磨 时 必 须 手 工 修 磨 玻 璃 圆 盘 的 楔 角 与 磨 大 型 零 件 一 样, 用 250 号 砂 修 去 大 部 分 楔 形 差, 最 后 两 道 砂 可 用 机 器 细 磨 用 类 似 的 方 法 抛 光 小 型 零 件, 第 一 面 粗 抛 光 (25%), 然 后 抛 光 第 二 个 面, 在 抛 光 第 二 个 面 时 用 菲 索 干 涉 仪 检 验 工 件, 读 出 条 纹 数 并 用 式 (2) 计 算 如 果 楔 角 在 工 差 以 内, 则 继 续 抛 光 ; 图 14.4 手 指 放 在 条 纹 上 检 验 楔 角 的 方 向, 条 纹 的 凸 向 为 楔 角 的 薄 端 第 87 页

114 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 及 夹 层 窗 如 果 超 出 工 差, 则 应 确 定 楔 角 的 最 高 点 位 置, 以 便 手 抛 光 时 加 压, 使 楔 角 减 小 用 手 指 在 条 纹 上 停 留 几 秒 钟 ( 见 图 14.4) 条 纹 按 手 指 样 子 慢 慢 扩 展 开 来, 并 直 接 指 向 玻 璃 尖 劈 的 圆 形 或 具 有 固 定 中 心 的 模 糊 的 椭 圆 霰, 这 就 是 楔 度 为 零 的 情 况 ( 见 图 14.3) 如 果 楔 角 相 当 大, 则 菲 索 条 纹 为 等 距 的 平 行 条 纹, 判 别 楔 角 方 向 的 方 法 与 上 所 述 相 同. 如 果 楔 角 在 10 以 上, 最 好 要 找 到 最 高 点, 然 后 用 95 号 砂 修 磨 并 在 最 高 点 加 压 重 新 检 验 以 前 需 要 抛 光 10min 前 面 已 经 指 出 泰 曼 效 应 使 抛 光 面 上 出 现 象 散 条 纹 图 形 ( 称 为 马 鞍 形 ) 手 工 抛 光 时 必 须 在 最 高 带 加 压 ( 在 条 纹 最 少 而 又 平 坦 的 两 个 区 域, 见 第 四 章 图 4.2) 小 型 零 件 不 需 要 用 铅 块 就 可 以 修 正 为 马 鞍 形 条 纹 5. 夹 层 胶 合 窗 精 密 夹 层 胶 合 窗 的 制 造 在 许 多 方 面 类 似 于 高 质 量 光 学 窗 所 不 同 的 公 是 前 者 的 平 行 度 为 必 达 到 高 的 精 度 分 析 图 14.5 并 注 意 观 察 光 学 窗 的 平 行 条 纹, 它 表 明 平 行 板 存 在 楔 角 为 了 制 造 具 有 光 学 质 量 的 夹 层 合 窗, 将 一 块 带 有 楔 角 的 玻 璃 窗 沿 着 菲 索 平 行 条 纹 的 方 向 ( 见 图 14.6) 锯 切 为 两 块 如 果 两 个 面 恰 当 地 胶 合 在 一 起, 组 合 成 的 胶 合 件 变 成 一 块 平 行 平 板 ( 见 图 14.7) 图 上 所 示 楔 角 形 成 的 菲 索 条 图 14.5 将 一 块 55cm 的 平 行 纹 为 竖 直 的 平 行 线, 按 此 平 行 线 方 向 将 零 件 锯 切 成 两 半, 同 平 板 锯 成 两 块 以 制 成 夹 层 胶 合 窗 时 也 说 明 了 部 件 (a) 和 (b) 胶 合 成 楔 角 为 零 的 两 种 组 合 方 法 此 外, 更 好 的 办 法 是 仔 细 地 挑 选 两 个 带 有 优 质 平 面 的 零 件, 使 这 两 个 光 学 表 面 的 光 焦 度 对 胶 合 夹 层 窗 光 焦 度 的 贡 献 为 最 小 ( 见 图 14.7) 图 14.6 两 块 平 板 胶 合 以 前 沿 着 平 行 的 菲 索 条 纹 方 向 将 平 板 锯 成 两 块 图 14.7 将 两 块 玻 璃 平 板 胶 在 一 起 的 几 种 组 合 方 法 这 样 就 消 除 了 单 个 零 件 存 在 的 光 焦 度 用 牛 顿 环 数 或 条 纹 表 示 光 焦 度 的 意 义 是 什 么? 大 型 光 学 窗 的 一 个 面 一 般 可 以 观 察 到 凸 几 条 纹 的 面 形 质 量, 而 另 一 个 面 大 多 有 相 同 数 量 的 凹 条 纹 ( 未 必 如 此 ) 这 并 不 说 明 表 面 质 量 不 需 要 加 工 得 很 好, 一 般 面 形 总 要 达 到 一 个 光 圈 以 内 不 要 把 秒 级 的 楔 角 ( 用 菲 索 条 纹 测 量 ) 与 对 光 焦 度 有 独 立 贡 献 的 面 表 质 量 相 混 淆 图 14.8 表 示 了 光 焦 度 与 不 规 则 程 度 的 含 义 ( 两 者 图 14.8 光 焦 度 (X 圈 ) 的 意 义 及 抛 光 表 面 的 不 同 点 ) 光 学 车 间 的 光 学 图 纸 一 般 标 出 这 些 光 焦 度 的 计 算 第 88 页

115 第 十 四 章 精 密 平 行 平 板 及 夹 层 窗 技 术 要 求 除 非 作 了 特 别 的 说 明, 否 则 光 圈 按 每 抛 光 面 的 全 孔 径 计 算 通 常 用 10in 平 晶 检 验 大 型 零 件 注 意, 图 14.3 仅 仅 代 表 了 一 个 面, 另 一 个 面 可 能 完 全 不 同, 但 是, 光 焦 度 则 是 两 个 表 面 的 代 数 和 6. 锯 切 与 组 合 任 何 光 学 抛 光 窗 锯 开 以 后, 其 锯 切 边 缘 应 细 磨 和 毛 毡 抛 光 或 用 氢 氟 酸 (HF) 酸 蚀, 就 是 说 所 有 的 粗 砂 面 和 气 泡 缺 口 都 要 去 掉 我 记 得 用 于 拍 摄 阿 波 罗 发 射 台 的 飞 机 上 的 一 块 很 大 的 玻 璃 窗 在 飞 行 n 次 后 就 因 碎 裂 而 不 得 不 更 换 研 究 碎 裂 的 原 因, 发 现 所 有 的 裂 纹 有 一 个 共 同 的 发 源 地, 就 是 在 边 缘 有 一 个 大 尺 寸 的 缺 边 圆 形 的 裂 纹 ( 不 是 不 规 则 裂 纹 ) 表 明 精 密 退 火 不 良 冕 牌 玻 璃 窗 的 尺 寸 约 为 152*76*9cm 如 上 所 述, 用 20lb 的 大 铁 锤 敲 击 51cm 的 玻 璃 窗 ( 厚 度 为 2.54cm)6 次 以 上, 则 整 块 玻 璃 从 密 封 的 窗 框 中 突 然 跳 出 而 未 破 碎 这 是 因 为 SNARK 窗 的 边 缘 抛 光 与 倒 角 过 了 正 面 叙 述 窗 的 锯 切 将 圆 形 光 学 窗 沿 着 菲 索 条 纹 的 墨 水 线 从 中 间 锯 开 为 长 方 形 或 方 形 最 好 用 一 条 防 水 胶 带 纸 在 窗 的 边 缘 作 上 楔 角 方 向 的 标 记 在 锯 切 时 用 宽 的 胶 带 纸 保 护 抛 光 面, 按 照 预 先 的 计 划 划 线 细 磨 抛 光 时 要 防 止 防 水 胶 带 跌 落 下 来 一 个 简 单 的 办 法 就 是 用 贴 有 各 种 牌 号 碳 化 硅 纸 的 弹 性 橡 皮 盘 来 磨 平 面, 然 后 用 红 粉 布 抛 光 酸 蚀 锯 开 的 边 缘 以 前, 应 用 刷 子 在 表 面 涂 一 层 热 石 蜡 以 保 护 抛 光 面, 并 应 检 验 一 下 是 否 全 部 抛 光 面 均 完 好 地 涂 遍 了, 同 时 必 须 仔 细 地 用 丙 酮 除 去 边 缘 的 石 蜡 酸 蚀 法 是 一 种 有 危 害 性 的 工 艺 操 作, 其 雾 气 具 有 腐 蚀 性 并 且 有 毒 容 器 应 涂 上 蜂 蜡 或 用 乙 烯 时 必 须 有 高 速 排 风 扇, 一 般 用 工 业 等 级 50% 的 酸 腐 蚀 20min 就 已 足 够 必 须 防 止 在 石 蜡 保 护 层 上 产 生 纹 路 而 使 玻 璃 表 面 受 到 酸 蚀 如 前 所 示, 酸 蚀 坑 深 深 地 渗 入 到 了 金 刚 石 铣 磨 与 锯 切 操 作 时 所 产 生 的 应 变 层 内 零 件 边 缘 酸 蚀 或 细 磨 抛 光 后, 将 这 些 完 工 零 件 按 图 14.7 所 示 的 几 种 办 法 组 合 成 夹 层 窗 习 题 : 1. 如 何 用 菲 索 干 涉 仪 测 出 楔 形 角? 2. 列 出 几 种 强 化 窗 玻 璃 的 方 法 3. 解 释 光 焦 度 与 不 规 则 程 度 误 差 的 含 义 4. 为 制 作 夹 层 胶 合 窗, 如 何 确 定 玻 璃 的 切 割 方 向? 5. 制 作 夹 层 胶 合 窗 时, 如 何 胶 合 零 件 才 能 消 除 光 焦 度? 6. 24in 直 径 的 窗, 每 英 寸 有 两 条 条 纹, 试 计 算 楔 角 7. 抛 光 窗 玻 璃 零 件 时, 如 何 实 现 浮 动 抛 光 法? 8. 试 说 明 平 面 瓷 砖 工 具 的 制 作 过 程 9. 试 说 明 细 磨 时, 如 何 测 量? 10. 如 何 抛 光 窗 的 侧 面 边 缘? 参 考 文 献 De Vany,A.S.,and Griffth,T Working Large Plano Parallels, Optical Shop Procedures and Theory,13,Nortronics-Northrop Corp.(1955). Forman,P.F. A Note on Possible Errors Due to Thickness Variations in Testing Nominally Parallel Plates, Appl.Opt.,3, (1964). Halderman,P.H.Private communication,nortronics,northrop Corp.,ALOTS Window. Twyman,F.Prism and Lens Making,Hilger and Watts,London,1952,pp Welford,W.T. Bubble Chamber Optics, and Bubble Chamber Windows, Appl.Opt.,2, , (1963). 第 89 页

116 第 十 五 章 球 面 样 板 第 十 五 章 球 面 样 板 光 学 表 面 精 密 加 工 时 是 通 过 观 察 精 密 的 标 准 样 板 与 被 检 光 学 表 面 之 间 所 形 成 的 干 涉 仪 条 纹 来 实 现 干 涉 计 量 控 制 的 大 多 数 样 板 是 球 面 的, 但 也 有 少 数 是 非 球 面 的, 非 球 面 样 板 常 用 来 检 验 多 块 反 射 镜 组 成 的 望 远 镜 中 的 小 副 镜, 每 副 样 板 都 有 凸 凹 两 个 表 面 样 板 的 材 料 通 常 派 勒 克 斯 玻 璃 或 类 似 的 其 他 低 膨 胀 系 数 玻 璃 将 两 块 样 板 表 面 接 触, 就 会 形 成 牛 顿 环 或 干 涉 条 纹 用 样 板 检 验 透 镜 时, 样 板 与 透 镜 表 面 间 都 必 须 有 微 小 的 空 气 间 隙, 这 样 才 能 观 察 到 干 涉 条 纹 观 察 到 的 条 纹 数 或 光 圈 数 取 决 于 尘 粒 及 两 个 半 径 差 所 形 成 的 空 气 楔 的 大 小 ( 波 长 数 ) 如 果 没 有 空 气 楔 存 在 或 两 个 表 面 的 曲 率 半 径 完 全 相 同, 就 看 不 到 光 圈 ; 而 看 到 均 匀 的 一 片 色, 颜 色 的 均 匀 程 度 由 两 块 样 板 的 接 近 程 度 决 定 要 制 造 表 面 质 量 为 1/10 光 圈 误 差 为 0.005mm 的 高 精 度 球 面 样 板 非 常 花 时 间, 所 以 成 本 很 高, 用 于 控 制 质 量 的 样 板 制 造 公 差 要 经 用 在 光 学 车 间 中 工 作 样 板 的 制 造 公 差 更 为 严 格 它 必 须 在 光 具 座 上 精 密 测 量 其 曲 率 半 径, 面 形 质 量 应 优 于 1/10 光 圈 用 于 低 精 密 零 件, 例 如 加 工 目 镜 的 球 面 样 板 其 公 差 允 许 多 于 两 个 光 圈, 但 这 些 样 板 也 可 以 用 于 检 验 其 他 的 透 镜, 所 以 仍 需 保 持 应 有 的 加 工 精 度 如 果 检 验 与 样 板 半 径 很 接 近 的 光 学 零 件 就 不 必 制 作 新 的 样 板, 而 通 过 每 1cm 直 径 内 有 条 纹 数 来 确 定 其 半 径 值 为 了 缩 短 透 镜 元 件 的 制 造 周 期, 各 工 厂 之 间 的 样 板 可 以 互 相 有 无 样 板 有 小 的 曲 率 半 径 ( 如 用 于 显 微 物 镜 的 ) 也 有 大 的 曲 率 半 径, 光 学 平 面 ( 平 晶 ) 实 际 上 就 是 曲 率 半 径 无 穷 大 的 球 面 样 板 的 直 径 为 6 254mm 我 曾 做 过 一 副 口 径 为 10in, 曲 率 半 径 为 212in, 面 形 质 量 为 两 个 光 圈 的 样 板 这 种 大 口 径 的 样 板 是 很 少 使 用 的, 因 为 很 容 易 划 伤 被 检 的 抛 光 表 面 而 出 现 划 痕 曲 率 半 径 为 100in 的 样 板, 如 果 R/D 数 大 于 6( 其 中 R 为 样 板 曲 率 半 径 ;D 为 样 板 直 径 ), 就 不 需 要 补 偿 球 面 凸 样 板 需 要 凹 补 偿 球 面 ( 曲 率 半 径 不 相 同 ), 而 凹 样 板 需 要 凸 的 补 偿 球 面 1 补 偿 球 面 道 威 所 著 的 光 学 车 间 原 理 一 书 (Hilger & Watts,London,1954) 曾 叙 述 过 用 样 板 检 验 透 镜 面 形 质 量 及 曲 率 半 径 时 的 一 些 困 难, 其 中 主 要 问 题 是 标 准 条 纹 观 察 箱 中 用 普 通 的 汞 或 氦 单 色 光 源 时, 对 R/D 值 较 小 的 样 板 判 断 条 纹 发 生 困 难, 这 种 扩 展 光 源 对 平 面 或 大 曲 率 半 径 比 较 有 用, 而 对 R/D 6 的 样 板 则 不 适 用 许 多 初 学 者 甚 至 一 些 有 经 验 的 操 作 者 对 用 凹 样 板 检 验 凸 透 镜 所 引 起 的 透 视 收 缩 效 应 也 感 到 头 疼 透 视 收 缩 效 应 的 产 生 是 由 于 被 检 凸 面 缩 小 且 没 有 充 分 照 明 所 致 因 此, 要 精 密 测 量 条 纹 必 须 使 视 线 与 表 面 垂 直, 但 是 在 R/D 比 值 低 时, 一 般 要 达 到 垂 直 是 不 可 能 的 在 没 有 辅 助 设 备 时, 最 好 是 抛 光 两 配 合 表 面, 达 到 近 乎 最 佳 接 触, 使 整 个 表 面 出 现 一 片 颜 色, 注 意 : 不 能 用 数 条 纹 数 的 办 法 来 测 量 两 块 样 板 半 径 的 微 小 差 值 条 纹 是 由 于 两 表 面 间 存 在 微 尘 粒 和 有 较 大 的 分 离 量 而 产 生 的 在 光 学 车 间 里 经 常 遇 到 的 另 一 个 问 题 : 从 上 面 的 凸 表 面 与 从 下 面 的 凹 表 面 所 观 察 到 条 纹 不 一 样 当 表 面 接 近 公 差 时 更 加 明 显, 有 可 能 从 一 个 方 向 观 察 到 半 条 条 纹, 而 从 另 一 方 向 却 观 察 到 两 条 以 上 的 条 纹 引 起 这 样 的 误 差 可 能 有 几 个 原 因 : 例 如 两 个 表 面 不 是 绝 对 接 触, 微 尘 粒 使 两 个 表 面 分 离 而 产 生 几 条 条 纹 : 此 外, 两 个 相 互 接 触 表 面 上 的 划 痕 或 麻 点 也 会 引 起 误 差 许 多 原 因 都 促 使 使 用 辅 助 高 峰 设 备 和 补 偿 球 面 ( 见 第 四 章 ) 我 和 罗 斯 鲁 普 公 司 的 卡 尔 肖 脱 (Carl Short) 一 起 验 证 了 用 道 威 法 求 得 每 类 样 板 以 相 反 曲 率 半 径 作 补 偿 球 面 的 方 法, 但 是 道 威 没 有 给 出 一 个 完 整 的 计 算 这 些 补 偿 球 面 半 径 的 公 式 按 下 计 算 凹 样 板 的 凸 补 偿 球 面 的 曲 率 半 径 r=r-d/{[(n 2-2n(1-h 2 /R 2 ) 1/2 +1) -1/2 +1](15-1) 式 中 r 为 补 偿 球 面 曲 率 半 径 ;d 为 样 板 的 最 大 厚 度 ;h 为 半 径 直 径 ;n 为 折 射 率 (1.5);R 为 给 定 的 曲 率 半 径 用 于 凸 样 板 的 凹 补 偿 半 径 的 计 算 公 式 与 式 (15-1) 不 同, 它 近 似 等 于 r=(r/2)(n-10)(15-2) 式 中 r 为 凸 样 板 的 凹 补 偿 半 径 ;R 为 给 定 的 曲 率 半 径 ;n 为 折 射 率 (n=1.5) 第 90 页

117 第 十 五 章 球 面 样 板 由 式 (15-2) 可 以 看 出 补 偿 球 面 曲 率 半 径 近 似 等 于 样 板 曲 率 半 径 的 1/4 从 上 述 两 式 可 以 看 出, 补 偿 球 面 半 径 总 是 比 样 板 给 定 的 曲 率 半 径 要 小 观 察 样 板 条 纹 的 距 离 应 在 10 倍 直 径 以 外 对 式 (15-1), 如 果 不 使 用 电 子 计 算 器 是 很 难 进 行 运 算 的 当 R/D 值 接 近 于 1.0 时, 公 式 不 适 合 用, 而 当 R/D 数 值 大 于 1.5 时, 上 述 公 式 才 是 有 用 的 2 补 偿 球 面 的 图 解 光 线 追 踪 法 1964 年 戴 尼 尔 姆 克 高 里 (Daniel Mcguire) 提 出 了 用 光 线 图 解 追 踪 法 求 解 补 偿 球 面, 作 为 解 决 这 个 问 题 的 新 方 法 这 种 方 法 很 容 易 为 光 学 工 作 者 或 制 图 员 掌 握 只 需 要 用 一 只 圆 规 和 一 把 平 行 尺 就 可 以 了 绘 图 员 可 以 用 绘 图 仪 精 确 地 按 1:1 比 例 绘 出 补 偿 球 面 的 曲 率 半 径 这 种 绘 图 方 法 简 单 明 暸 图 15.1 的 光 线 追 踪 法 表 示 凹 凸 样 板 的 补 偿 球 面 样 板 的 R/D 数 为 4.2, 观 察 点 在 20 倍 直 径 以 外 ( 近 似 平 行 光 距 离 ) 作 图 步 骤 如 下 : 1 画 一 条 光 轴 线 2 距 样 板 20 倍 直 径 处 作 一 个 观 察 3 由 T 点 画 两 个 曲 率 半 径,R=127mm, 其 间 厚 度 为 样 板 直 径 的 1/8 4 将 凹 样 板 半 径 线 延 长 一 段 距 离 5 将 凸 样 板 上 的 半 径 线 延 长 到 光 轴 线 6 从 T 处 以 任 意 半 径 画 弧 C 1, 交 于 观 察 线 7 在 半 径 线 上 以 大 约 C 1 半 径 的 1.52 倍 画 弧 C 2 8 连 接 弧 C 1 C 2 9 用 平 行 直 尺 过 T 点 作 连 线 弧 C 1 与 C 2 的 平 行 线, 与 光 轴 相 交 于 一 点, 此 点 即 为 样 板 的 补 偿 球 面 半 径 的 曲 率 中 心 用 5in 曲 率 半 径 的 凹 样 板 所 求 得 的 补 偿 球 面 曲 率 半 径 约 为 1.5in( 钢 皮 尺 测 量 ), 凸 样 板 的 补 偿 球 面 的 曲 率 半 径 为 1.85in 在 本 章 中, 我 们 已 经 讨 论 了 有 关 样 板 在 R/D 值 较 小 时 使 用 中 涉 及 的 一 些 复 杂 问 题 虽 然 设 计 带 补 偿 球 面 的 样 板 并 非 光 学 技 工 的 工 作, 但 是, 这 对 了 解 透 视 收 缩 效 应 的 产 生 原 因 有 新 帮 助 下 节 讨 论 为 更 好 地 观 察 条 纹 新 用 的 辅 助 设 备 3 辅 助 设 备 许 多 光 学 车 间 中 为 了 用 平 行 光 线 观 察 样 板, 有 效 地 采 用 了 辅 助 观 察 装 置, 大 多 数 这 种 装 置 是 根 据 干 涉 仪 的 原 因 制 造 的 这 里 介 绍 几 种 类 型 的 干 涉 仪 装 置 根 据 干 涉 仪 原 理 由 小 光 源 出 射 的 单 色 光 线 垂 直 入 射 于 样 板 或 被 检 透 镜 的 表 面 关 可 以 反 射 回 来,, 以 致 很 容 易 观 察 到 任 意 R/D 值 的 条 纹 图 15.2 所 示 是 菲 索 干 涉 仪 结 构, 它 的 口 径 为 6 12in, 其 主 物 镜 通 常 是 一 个 f/4.0 的 平 凸 非 图 15.1 凹 凸 样 板 补 偿 球 面 的 光 线 追 迹 图 解 法 球 面 透 镜 中 都 是 一 组 两 片 组 合 的 物 镜, 物 镜 与 光 源 装 在 一 起 在 非 球 面 物 镜 中 的 平 面 为 标 准 面 ; 在 组 合 物 镜 中 则 应 以 一 块 具 有 1/10 光 图 表 面 精 度 的 楔 形 (20 ) 平 行 为 标 准 面 照 明 光 源 是 带 有 0.004mm 小 孔 的 汞 灯, 更 亮 的 光 源 一 般 用 短 焦 距 ( 焦 距 为 18mm 的 平 凸 透 镜 ) 透 镜 平 面 必 须 经 过 细 磨 以 用 作 漫 射 器 平 行 平 板 分 束 器 镀 半 透 半 反 膜 (50/50), 光 线 从 光 源 反 射 到 样 板 平 面 干 涉 仪 的 最 佳 设 计 之 一 是 戴 维 森 光 学 公 司 (West 第 91 页

118 第 十 五 章 球 面 样 板 Covina.Ca) 设 计 的 干 涉 仪 有 些 车 间 在 样 板 与 被 检 面 之 间 垫 以 玻 璃 纸 (0.05mm) 形 成 一 定 的 间 隙 这 种 方 法 有 几 个 优 点 : 第 一, 可 以 防 止 样 板 被 微 尘 粒 划 伤 ; 第 二, 玻 璃 纸 的 弹 性 可 以 保 证 形 成 均 匀 的 空 氧 间 隙 ; 第 三, 可 以 排 除 局 部 真 空 状 态 而 使 样 板 移 动 困 难 4 齐 麦 尔 蒙 (Zimmerman) 干 涉 仪 依 特 克 (Ifex) 公 司 的 丁 齐 麦 尔 蒙 在 1971 年 9 月 出 版 的 应 用 光 学 杂 志 第 页 中 曾 介 绍 过 用 价 格 便 宜 的 塑 料 菲 湟 耳 透 镜 可 以 做 成 简 单 的 干 涉 仪 如 图 15.3 所 示, 这 种 仪 器 包 括 漫 射 汞 光 源 的 菲 湟 耳 透 镜 以 不 同 高 度 插 入 被 检 透 镜 与 样 板 上 方 的 槽 中 用 一 块 40/60 部 分 反 射 分 光 板 将 条 纹 反 射 而 得 到 一 个 充 满 孔 径 的 麦 克 斯 韦 (Maxwell) 视 场 小 R/D 值 图 15.2 检 验 样 板 的 平 面 干 涉 仪 检 验 样 板 必 须 用 作 图 法 设 计 补 偿 球 面 各 种 焦 距 的 菲 湟 耳 塑 料 透 镜 装 置 可 以 插 入 塑 料 菲 湟 耳 透 镜 来 低 可 以 从 埃 德 马 德 (Edmund) 科 学 公 司 (Barrington,NJ) 购 买 R/D 数 的 样 板 充 满 孔 径, 有 时 必 须 采 用 菲 湟 耳 透 镜 ( 见 图 15.3) 5 样 板 的 制 造 过 程 样 板 通 常 是 用 低 膨 胀 系 数 玻 璃 如 派 勒 克 玻 璃 等 制 成 其 结 构 用 图 解 光 线 追 踪 法 求 出 ( 图 15.4), 并 且 将 预 先 确 定 的 凹 凸 曲 率 半 径 及 其 补 偿 球 面 半 径 一 起 被 标 注 出 来 校 核 样 板 的 合 适 厚 度, 应 约 为 样 板 的 1/6 样 板 口 径 总 是 稍 大 于 透 镜 的 直 径 补 偿 球 面 的 磨 具 直 径 通 常 与 样 板 直 径 相 同 并 用 瓶 装 玻 璃 制 造 从 光 线 追 迹 中 所 求 得 需 要 数 据 都 应 在 表 格 中 列 出, 在 选 择 铝 制 样 板 夹 具 及 沥 青 抛 光 模 时 要 用 到 铣 磨 样 板 和 细 磨 模 具 的 四 个 球 面 时, 必 须 修 正 补 偿 球 面 的 曲 率 半 径, 不 要 指 望 把 半 径 铣 到 接 近 0.1in 以 内 只 有 通 过 精 磨 加 工 才 能 达 到 要 求 并 用 球 径 仪 测 量 以 获 得 较 高 精 度 的 读 数 最 后 用 铸 铁 模 和 145 号 砂 将 所 有 小 球 面 的 边 倒 去 因 为 样 板 和 透 镜 都 需 要 铝 模 具, 所 以 这 些 模 具 应 该 事 先 准 备 好 图 15.3 用 两 块 塑 料 菲 湟 一 副 具 有 相 同 直 径 和 相 等 曲 率 半 径 的 样 板, 需 要 四 只 铝 模 具 另 外 耳 透 镜 制 造 齐 麦 尔 蒙 干 涉 四 个 抛 光 底 盘 是 用 来 制 作 抛 光 模 的, 底 盘 的 加 工 半 径 与 样 板 及 其 补 仪 的 方 案, 透 镜 可 以 在 槽 偿 球 硕 的 曲 率 半 径 不 同, 由 于 沥 青 的 厚 度, 凹 底 盘 的 半 径 必 须 大 内 滑 动, 以 得 到 适 合 样 板 0. 2in., 而 凸 底 盘 必 须 小 0.in 通 常, 用 于 加 工 样 板 的 模 具 比 用 于 的 麦 克 斯 韦 视 场 加 工 透 镜 的 大, 为 了 将 加 工 样 板 的 模 具 用 于 加 工 透 镜, 可 以 在 车 床 上 将 模 具 车 小 按 照 现 有 的 球 径 仪 型 号, 总 是 选 用 最 大 测 环 ( 球 座 的 半 径 ) 来 测 量 透 镜 表 面 市 售 的 电 子 球 径 仪 中, 有 一 种 为 斯 德 雷 斯 巴 18-N 型, 它 有 种 各 种 不 同 尺 寸 (0.75 8in). 读 数 装 置 是 用 谢 弗 尔 德 (sheffiekd)51c 型 电 子 图 15.4 图 解 光 线 追 迹 法 所 得 到 的 样 板 数 据,RC 为 给 定 的 曲 率 半 径 ;RC1 为 凹 样 板 补 偿 球 面 半 径 ;RC2 为 凸 样 板 的 补 偿 球 面 曲 率 半 径 ;T1 T2 为 相 应 样 板 的 厚 度 下 图 为 沥 青 抛 光 模 具 的 设 计, 沥 青 厚 度 应 均 匀 一 致 显 示 装 置, 最 小 读 数 为 in 电 子 显 示 器 用 于 读 出 球 径 仪 数 值 对 任 何 被 测 工 件 的 直 径 与 口 径 可 查 表 获 得 曲 率 半 径 数 值 ( 见 图 15.5) 如 果 有 的 半 径 不 能 在 表 中 得 到 插 补 则 用 矢 高 读 数, 第 92 页

119 第 十 五 章 球 面 样 板 很 容 易 求 出 透 镜 表 面 的 率 半 径 这 种 精 密 球 径 仪 在 工 件 经 过 95 号 砂 细 磨 之 后 或 抛 光 期 间 才 能 使 用 当 用 250 号 砂 初 步 细 磨 表 面 时 可 以 用 几 种 方 法 使 玻 璃 元 件 的 曲 率 半 径 变 化 加 快 如 果 样 板 上 的 细 磨 表 面 太 凹, 就 要 把 机 床 上 的 研 磨 件 上 下 颠 倒 一 个 位 置, 按 样 板 在 下 磨 模 在 上 进 行 加 工 通 常 用 手 工 操 作, 直 到 曲 率 半 径 达 到 正 确 矢 高 读 数 的 图 15.5 带 整 套 测 环 的 斯 特 雷 斯 巴 18AS 型 球 径 仪 in 之 内 如 果 研 磨 的 半 径 太 大 即 读 数 偏 小, 则 用 磨 模 在 下 面 的 主 轴 上 而 样 板 在 上 面 的 方 法 加 工 依 次 用 145 号 95 号 及 50 号 砂 继 续 细 磨 在 用 95 号 及 50 号 砂 磨 时, 要 用 更 精 密 分 度 的 电 子 显 示 装 置 来 检 验 有 些 光 学 公 司 不 使 用 50 号 刚 玉 粉 研 磨, 因 为 这 会 象 干 泥 浆 那 样 使 两 个 光 学 元 件 紧 紧 粘 在 一 起 这 种 情 况 可 能 发 生 在 细 磨 加 工 时, 实 际 上 把 它 们 分 开 并 没 有 什 么 困 难, 只 要 把 车 间 用 的 刀 片 插 入 倒 角 处, 然 后 用 牛 皮 锤 敲 倒 角 的 边 缘 即 可 6 抛 光 与 修 正 面 形 补 偿 球 面 粗 抛 光 到 大 约 40% 抛 光 机 的 转 速 大 约 为 150 r/min, 同 时 以 50 r/min 的 摆 速 与 1/3 直 径 动 程 作 摆 动 补 偿 球 面 的 陡 度 决 定 了 抛 光 时 动 程 和 转 速 下 一 步 要 使 用 硬 沥 青 胶, 抛 光 模 通 常 过 直 径 开 两 个 槽, 将 抛 光 模 分 为 四 个 不 等 的 扇 形 面 要 精 确 抛 光 球 面 样 板 时, 需 要 将 抛 光 模 开 出 方 格 槽 ( 见 第 三 章 ) 简 言 之, 就 是 在 抛 光 沥 青 模 上 开 出 0.5in 见 方 的 小 方 格, 并 且 为 了 使 抛 光 模 更 好 地 与 工 件 表 面 接 触 再 用 具 有 更 小 方 格 的 尼 龙 或 纱 窗 网 格 压 出 网 格 抛 光 大 约 20min, 确 定 两 表 面 是 否 均 匀 接 触 如 果 不 均 匀, 可 以 进 行 短 时 间 的 手 修 手 抛 时 要 保 持 压 力 均 匀 接 触 良 好 在 检 验 装 置 上 一 起 检 验 凹 凸 样 板, 并 注 意 条 纹 的 偏 差 情 况 如 果 有 2 3 条 条 纹 是 不 要 紧 的, 若 光 图 数 少 于 一 条 条 纹 及 塌 边, 这 已 比 较 好 了, 在 笔 记 本 上 记 下 凹 凸 样 板 的 条 纹 偏 差 量 用 电 子 球 径 仪 再 测 一 次 凹 样 板, 校 验 球 径 读 数 的 正 确 性, 但 这 时 要 用 更 精 密 的 分 度 读 数 有 些 光 学 车 间 没 有 这 种 球 径 仪, 可 将 凹 样 板 放 在 光 具 座 上 测 量, 并 在 凹 样 板 上 镀 铝 或 镀 银 将 样 板 放 在 光 具 座 上 测 量 时 操 作 者 经 常 拿 凸 样 板 来 抛 光, 这 样 就 破 坏 参 考 面 而 用 电 子 检 验 装 置 测 量 时 操 作 者 可 以 交 替 抛 光 凹 凸 样 板 在 球 仪 上 用 精 密 分 度 器 测 量 以 前, 应 使 它 的 潜 热 达 到 标 准 的 工 房 温 度, 否 则 会 产 生 测 量 误 差 如 果 对 凹 样 板 的 检 验 有 兴 趣, 可 以 参 阅 第 二 十 五 章, 简 言 之, 就 是 检 验 者 在 两 个 位 置 上 读 数 取 十 次 读 数, 然 后 取 其 平 均 值 例 如 一 副 样 板 直 径 为 101.6mm 曲 率 半 径 为 mm, 误 差 为 ±0.08mm,R/D 数 为 /101.6, 即 2.51, 用 R/D 值 可 以 确 定 样 板 公 差 ( 见 表 15.1) 表 15.1 样 板 直 径 4in 平 均 读 数 曲 率 半 径 in 标 准 公 差 R/D 值 根 据 表 查 出 测 号 10# 0.10 负 误 差 740 条 纹 /cm 负 误 差 A: 小 数 点 移 前 两 位 得 7.4 B:101.6mm 直 径 上 0.02mm 误 差 = =1.5 条 纹 C: 记 下 的 初 值 为 凸 或 正 3 条 条 纹 第 93 页

120 第 十 五 章 球 面 样 板 D: 需 要 的 总 变 化 为 3 1.5, 即 为 1.5 条 条 纹 E: 使 凸 样 板 变 凹 1.5 条 条 纹 F: 该 值 减 法 标 称 值 得 到 总 条 纹 数 为 1.5 条 条 纹 ( 凸 条 纹 ) 因 为 这 副 样 板 是 在 +1.5 个 光 圈 内, 因 而 凹 样 板 与 凸 样 板 的 吻 合 间 隙 将 近 似 为 零 粗 抛 光 的 凸 样 板 可 以 做 到 0.003in 标 称 公 差 内 表 15.2 中 的 特 殊 实 例 说 明 : 测 量 凹 样 板 时 凸 样 板 就 不 能 再 加 工, 这 是 十 分 重 要 的 凸 样 板 是 一 个 参 考 基 准, 因 为 凹 样 板 是 +1.5 个 光 圈, 必 须 用 抛 光 使 之 更 凹, 即 变 小 半 径 来 减 少 光 圈 数, 做 法 是 将 凹 样 板 在 抛 光 模 的 顶 部 抛 光, 并 用 1/3 直 径 的 动 程 作 摆 动 表 15.2 最 后 移 动 的 条 纹 数 = x 变 化 初 始 测 量 的 半 径 差 最 后 测 量 的 半 径 数 例 如 :4.5 条 纹 = x 或 0.45/0.5x x=0.9 条 纹 0. 5mm 0.1mm 表 15.1 所 列 出 的 数 据 例 子 是 接 近 公 差 的, 样 板 在 测 量 前 其 偏 差 多 于 10 个 ( 正 或 负 ) 光 圈 是 常 见 的 如 果 凹 样 板 测 量 值 为 in 可 以 将 抛 光 模 在 上 而 样 板 在 下 进 行 抛 光, 使 凹 样 板 磨 平 或 磨 成 更 大 的 曲 率 半 径 现 在 有 些 厂 家 用 电 子 球 仪 进 行 检 验, 精 度 达 到 mm, 还 有 一 些 厂 家 用 光 具 座 来 验 证 这 个 公 差 在 这 部 分 还 要 通 过 图 示 来 介 绍 另 一 种 简 单 方 法 根 据 光 具 座 上 测 量 的 数 据 而 得 到 比 例 值 在 样 板 未 达 到 规 定 公 差 前, 反 复 修 磨 三 次 以 上 是 常 有 的 事, 当 然, 修 改 过 程 中 变 化 可 正 可 负, 因 此 应 笔 记 本 上 随 时 记 下 以 作 参 考 当 凹 样 板 在 标 称 公 差 范 围 内 时, 可 以 与 凸 样 板 对 检 必 须 记 住, 继 续 修 磨 凹 样 板 时 必 须 凸 样 板 配 合 进 行, 但 是 要 想 消 除 两 块 样 板 上 的 局 部 误 差 并 使 凹 样 板 满 足 公 差 要 求 是 很 费 时 的 当 样 板 面 形 质 量 提 高 时, 表 面 局 部 误 差 变 得 更 显 著 当 两 块 样 板 紧 贴 在 一 起 出 现 一 片 色 时, 必 须 控 制 好 抛 光 热 和 手 上 的 热 量 特 罗 佩 尔 (Tropel) 公 司 的 立 式 干 涉 仪 是 测 量 和 检 验 凹 面 镜 面 形 质 量 的 很 有 用 的 仪 器 它 的 功 能 是 测 量 10cm 范 围 内 曲 率 半 径 可 以 精 确 到 0.01mm 一 般 凹 样 板 与 凸 样 板 对 检 时 其 面 形 质 量 应 在 0.1 个 圈 以 内 较 老 的 一 种 方 法 是 将 凹 样 板 的 中 心 偏 离 凸 样 板 约 1/4 直 径, 并 用 相 对 来 说 好 的 表 面 贴 合 在 另 一 面 上 来 识 别 两 表 面 的 组 合 局 部 误 差 用 手 指 改 变 加 压 点, 条 纹 就 会 弯 向 任 意 一 个 样 板 的 中 心 局 部 的 偏 离 方 向 ( 凹 或 凸 ) 可 以 由 点 头 法 及 加 压 法 判 断 出 来 ( 见 图 15.6) 特 罗 佩 尔 4000 型 立 式 干 涉 仪 示 意 图 见 图 图 15.6 用 一 副 样 板 的 偏 移 法 检 验 局 部 误 差 时 总 是 使 用 样 板 的 最 佳 部 分 作 为 参 政 带 区 要 说 明 如 何 修 磨 每 块 玻 璃 的 缺 陷 是 很 困 难 的, 它 在 很 大 程 度 上 取 决 于 操 作 者 已 有 的 经 验 值 得 注 意 的 是 如 果 边 缘 有 塌 边, 则 必 须 磨 掉 样 板 的 整 个 表 面, 直 到 恢 复 开 始 时 的 面 形 因 为 抛 光 样 板 时, 总 是 用 硬 的 沥 青 胶, 许 多 样 板 的 塌 边 都 是 由 于 样 板 还 未 将 吸 收 的 热 量 散 发 出 去 就 开 始 加 工 而 引 起 的 较 好 的 实 际 解 决 办 法 是 将 样 板 放 在 抛 光 模 上 停 几 分 种, 然 后 再 进 行 修 磨 加 工 加 一 个 小 铅 块 有 助 于 抛 光 模 的 成 形 同 时 要 注 意 不 要 使 沥 青 胶 上 的 小 方 格 压 纹 消 失, 压 纹 必 须 始 终 存 在 如 果 发 现 这 些 槽 被 压 平, 必 须 用 刀 片 重 新 开 槽, 手 修 一 会 儿 样 板, 然 后 进 行 均 匀 抛 光, 一 般 可 以 用 抛 光 模 1/3 直 径 动 程 来 抛 去 局 部 凹 凸 误 差 难 以 除 掉 的 凹 凸 误 差 往 往 是 由 于 抛 光 模 沥 青 胶 面 的 沟 槽 旋 转 不 均 匀 而 引 起 的, 如 果 抛 光 模 中 心 出 现 死 点 则 会 引 起 中 心 低 第 94 页

121 第 十 五 章 球 面 样 板 有 些 操 作 者 习 惯 使 用 大 拇 指 和 中 指 修 正 高 光 圈 和 翘 边, 然 后 用 机 床 除 去 剩 下 的 局 部 误 差 稀 的 抛 光 粉 悬 浮 液 优 于 浓 的 悬 浮 液, 当 用 手 指 修 抛 时, 必 须 注 意 不 要 触 及 其 余 部 分 记 住, 任 何 一 次 抛 光 以 后 总 是 使 凹 光 圈 向 凸 光 圈 变 化 因 此 凸 光 圈 是 不 希 望 存 在 的, 但 有 些 晶 体 例 外, 要 求 保 持 较 高 的 凸 度 样 板 的 面 形 质 量 达 到 要 求 后, 必 须 再 复 检 一 次 凹 样 板 可 能 在 修 改 面 形 时 使 曲 率 半 径 越 出 规 定 值, 这 是 样 板 之 所 以 价 格 高 的 许 多 原 因 中 的 一 个 一 般 用 金 刚 石 刀 在 样 板 的 背 面 上 刻 出 测 量 值 习 题 : 1 制 造 一 副 直 径 2in 的 样 板, 名 义 半 径 为 4.025in, 误 差 1% 及 2 个 光 圈 2 叙 述 如 何 用 齐 麦 尔 蒙 测 量 法 检 验 样 板 3 观 察 样 板 光 圈 的 正 确 距 离 是 多 少? 4 说 明 样 板 补 偿 球 面 的 图 解 光 线 追 迹 法 15.7 特 罗 佩 尔 4000 型 立 式 干 涉 仪 图 参 政 文 献 Biddle, B.J Testing Steep Radius Test Plats, Opt.Acta, 16,No.2 (1960). Cooke, F. Aid to Viewing Test Plates Interference Frings, Appl. Opt, 10, (1971) De Vany,A.S Compensator Curves of Lens Test Plates, J.Opt. Soc. Am.TD75(1959) De Vany,A.S. Testing the Sphericity of Short Radii Convex Surfaces. Appl.Opt, (1974) Deve, C.Optical Workshop Principles,Hilger and Watts,London,1954. Johnson,B.k. Test Plates. in Optice and Optical Instruments,Dover,New York,1960,PP McQuire,D. How to Make Test Plates of Precise Radii.unpublished(1960) McQuire,D. Designing and Making Air-Spaced Test Plates, unpublished(1963) Short,D. The Ues of Fringes in the Determination of Spherical Test Plates, Nortronice Division Memo,Northrop Corporation(1955) See also Chapter 4. 第 95 页

122 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 透 镜 的 制 造 起 源 于 古 代 公 元 前 1200 年 就 在 特 洛 伊 和 埃 及 发 现 用 天 然 石 英 做 成 的 透 镜 1897 年 AG 克 勒 克 与 芝 加 哥 大 学 协 作 制 造 了 研 究 天 文 用 的 直 径 大 到 40in 的 物 镜 这 架 望 远 镜 装 在 威 斯 康 新 州 威 廉 斯 湾 的 耶 克 斯 天 文 台 上 一 旦 40in 物 镜 修 磨 成 功, 克 勒 克 就 打 算 加 工 另 一 块 60in 物 镜, 但 是 一 直 未 能 获 得 成 功 1896 年 法 国 制 造 成 功 50in 物 镜, 并 在 巴 黎 的 世 界 博 览 会 上 展 出, 水 平 安 装 在 展 厅 里 月 亮 与 星 星 发 出 的 光 线 经 反 射 镜 射 入 物 镜 但 是 它 从 未 公 开 露 面, 只 有 法 国 政 府 才 知 道 它 的 用 途 克 勒 克 与 他 的 同 事 采 用 了 三 种 有 意 义 的 测 试 法 : 第 一, 他 们 利 用 一 颗 星 星 作 光 源, 按 刀 口 法 调 节 赤 道 仪 内 的 透 镜 ; 第 二, 在 大 约 75m 长 的 地 下 隧 道 里 设 计 了 一 颗 人 造 卫 星 ; 第 三, 他 们 研 制 了 一 台 带 有 一 块 大 的 镀 银 光 学 平 面 的 自 准 直 光 学 装 置, 它 可 以 将 修 磨 的 不 规 则 误 差 放 大 一 倍 对 初 学 者 来 说, 透 镜 加 工 方 法, 大 概 限 于 10 种 左 右, 例 如 使 用 玻 璃 研 磨 磨 具 样 板 来 控 制 半 径 和 抛 光 面 质 量 等 这 里 不 讨 论 先 进 的 压 模 透 镜 毛 坯 大 批 量 生 产 的 方 法, 这 种 方 法 需 要 5 只 金 刚 石 球 面 磨 具 和 装 在 精 密 磨 具 里 的 透 镜, 透 镜 的 研 磨 与 抛 光 速 度 很 快, 只 要 6~8min 本 章 所 述 的 方 法 已 经 沿 用 了 100 多 年, 而 金 刚 石 的 铣 磨 则 开 始 于 1914 年 但 当 试 制 新 型 仪 器 时, 仍 须 采 用 这 些 传 统 工 艺 来 加 工 透 镜 1. 锯 料 与 滚 圆 大 于 8in 的 透 镜 毛 坯 应 该 用 第 四 章 介 绍 的 方 法 检 验 其 均 匀 性 如 果 在 较 大 的 毛 坯 上 用 金 刚 石 锯 切 小 透 镜, 则 应 该 先 画 出 可 以 切 割 的 小 圆 透 镜 数 目, 并 留 出 足 够 的 锯 切 与 滚 圆 余 量 按 照 所 画 圆 的 形 状 切 去 多 余 部 分 形 成 八 面 体 一 减 少 滚 圆 时 间 具 有 接 近 完 工 直 径 的 玻 璃 毛 坯 比 大 于 该 的 片 料 玻 璃 要 便 宜 得 多 毛 坯 的 滚 圆 直 径 尺 寸 须 比 车 间 蓝 图 所 要 求 的 尺 寸 大 0.8in 玻 璃 毛 坯 的 粗 磨 成 型 及 滚 圆 工 序 决 定 于 车 间 现 有 的 设 备 现 代 的 斯 德 雷 斯 巴 铣 磨 机 是 用 真 空 吸 盘 装 置 ( 见 第 二 章 ) 进 行 磨 圆 及 铣 磨 的 另 一 种 方 法 是 将 已 切 割 成 八 角 形 的 毛 坯 先 铣 磨 出 两 个 球 面, 然 后 再 磨 圆 这 种 方 法 可 以 消 除 两 个 铣 磨 球 面 间 明 显 的 楔 角 如 果 玻 璃 毛 坯 不 易 于 定 中 心, 使 两 个 球 面 间 会 产 生 大 的 楔 角 第 三 种 方 法 是 用 两 个 精 密 制 造 的 薄 的 铜 夹 头, 其 外 圆 与 螺 孔 同 心 在 加 热 板 上 预 热 八 面 体 或 圆 形 玻 璃 毛 坯, 加 热 板 与 金 属 基 体 间 垫 一 张 白 色 毛 巾 纸, 不 要 使 温 度 过 高 而 烧 焦 毛 巾 纸 手 应 保 持 干 燥, 决 不 允 许 水 或 潮 湿 的 手 指 接 触 热 的 玻 璃 火 石 玻 璃 对 热 的 波 动 性 晚 牌 玻 璃 更 敏 感 把 带 有 金 属 螺 栓 的 木 柄 插 入 凹 槽 夹 具, 用 本 生 灯 加 热 铜 夹 具, 并 在 其 里 外 四 周 涂 以 粘 结 沥 青 ( 见 图 16.1) 藉 助 一 块 新 的 毛 巾 纸 拿 起 加 热 的 玻 璃 毛 坯, 并 放 在 另 一 块 毛 巾 纸 上, 然 后 把 加 热 的 铜 夹 头 放 在 八 角 形 毛 坯 的 中 心 区 域, 用 小 尺 定 好 中 心 并 且 用 铅 笔 作 上 记 号 以 便 检 验 这 时 加 过 热 的 铜 夹 头 很 易 被 移 动, 必 须 在 粘 结 夹 头 四 周 涂 匀 一 圈 沥 青 胶 如 果 不 均 匀, 则 再 加 一 些 热 沥 青 胶 然 后 加 热 铜 头, 使 夹 头 与 玻 璃 边 缘 间 的 沥 青 胶 流 动, 藉 助 于 毛 细 管 作 用 使 胶 渗 到 玻 璃 表 面 上 另 外 应 有 三 只 使 玻 璃 零 件 初 步 定 中 心 用 的 夹 头, 图 16.1 锯 切 玻 璃 毛 坯, 胶 上 夹 头, 以 便 一 只 镜 盘 在 冷 却 时, 就 可 以 粘 结 另 一 只 透 镜 以 便 磨 圆 与 铣 磨 成 型 胶 结 夹 头 前, 加 热 玻 璃 毛 坯 及 夹 头 2. 初 步 磨 圆 八 角 形 的 毛 坯 磨 圆 比 圆 毛 坯 磨 圆 更 为 困 难, 因 为 八 角 形 毛 坯 有 不 均 匀 的 边 缘 开 始 磨 边 时 玻 璃 毛 坯 要 慢 慢 手 动 进 给, 直 到 听 见 旋 转 的 金 刚 石 砂 轮 第 一 次 碰 到 玻 璃 毛 坯 的 咔 嚓 声 为 止 如 果 进 刀 太 快, 刀 与 玻 璃 碰 得 太 历 害, 会 使 玻 璃 毛 坯 从 铜 夹 头 上 掉 下 来 第 96 页

123 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 在 自 动 进 给 磨 圆 之 前, 将 玻 璃 毛 坯 的 横 向 走 刀 大 小 调 到 旋 转 磨 轮 的 整 个 宽 度 如 果 磨 轮 超 出 玻 璃 毛 坯 的 任 何 一 端, 则 当 玻 璃 圆 盘 的 移 动 超 过 进 给 的 金 刚 石 磨 轮 时 会 产 生 破 边 走 刀 长 度 可 用 偏 心 臂 ( 图 16.2) 调 整 为 防 玻 璃 从 夹 头 上 掉 下 而 损 坏 玻 璃 零 件, 可 在 毛 坯 下 的 金 属 台 面 上 放 一 橡 皮 垫 玻 璃 旋 转 时, 用 铅 图 16.2 调 整 磨 边 机 的 偏 心 臂, 使 磨 轮 笔 画 一 个 圆 来 检 验 圆 周 的 磨 边 情 况 如 果 仍 有 铅 笔 记 总 是 接 触 工 件 号 存 在, 说 明 还 未 磨 圆 用 类 似 的 方 法 将 玻 璃 磨 模 铣 削 成 形 与 磨 圆 3. 球 面 铣 磨 虽 然 在 第 二 章 已 讨 论 了 玻 璃 表 面 的 面 形 和 要 求 半 径 铣 磨 成 形 的 要 点, 但 是 没 有 讨 论 过 加 工 方 法 表 16.1 列 出 了 铣 磨 机 磨 轮 铣 磨 凹 面 或 凸 面 时 的 倾 角, 这 里 给 出 计 算 倾 角 的 公 式 : SinT = D/2R 式 中 T 是 磨 轮 的 倾 角 ;D 为 测 量 磨 轮 边 缘 的 直 径 ( 凹 球 面 用 外 直 径 ; 凸 球 面 用 内 直 径 );R 为 要 求 的 曲 率 半 径 表 16.1 R 太 深 R 太 浅 凹 面 磨 轮 上 轴 下 轴 透 镜 下 轴 上 轴 凸 面 磨 轮 下 轴 上 轴 透 镜 上 轴 下 轴 斯 德 雷 斯 巴 铣 磨 机 的 操 作 方 法 已 在 第 二 章 叙 图 16.3 铣 磨 时 检 验 透 镜 厚 度 的 装 置 述 过, 这 里 不 再 重 复 有 两 点 必 须 特 别 注 意 : 第 一, 球 径 仪 百 分 表 的 半 径 读 数 与 名 义 值 的 偏 差 必 须 在 0.25mm 以 内 ; 第 二, 铣 磨 球 面 的 第 二 面 时 必 须 控 制 球 径 仪 读 数 与 玻 璃 的 厚 度 通 常 在 测 量 透 镜 厚 度 之 前, 将 百 分 表 上 述 方 法 ( 见 图 16.3) 仔 细 地 铣 磨 好 两 个 球 面, 一 般 透 镜 厚 度 比 上 公 差 大 0.008in 左 右 已 经 足 够 铣 磨 第 一 面 及 磨 圆 后, 将 玻 璃 毛 坯 放 在 斯 德 雷 斯 巴 铣 磨 机 的 真 空 夹 头 上 仔 细 定 中 心, 并 用 百 分 表 测 量 真 空 吸 盘 上 的 玻 璃 毛 坯 将 玻 璃 圆 盘 在 真 空 吸 盘 作 几 个 方 向 运 动, 使 其 偏 差 为 零, 最 后 再 定 位 并 锁 紧 定 中 完 成 后 用 类 似 的 方 法 加 工 第 二 面 玻 璃 磨 具 的 每 个 面 必 须 依 次 铣 磨 有 些 初 学 者 可 能 不 理 解 为 什 么 不 用 已 经 调 整 好 的 铣 磨 球 面 的 位 置 来 铣 磨 磨 具 那 是 因 为 金 刚 石 磨 轮 对 相 反 的 面 形 具 有 不 同 的 倾 斜 角 度 之 故 4. 散 粒 磨 料 研 磨 在 用 金 刚 石 磨 轮 铣 磨 的 透 镜 表 面 上 可 以 看 到 很 细 的 螺 纹 状 纹 路 根 据 加 工 装 置 的 几 何, 这 些 表 面 实 际 上 是 一 个 椭 球 面, 配 置 常 出 现 中 心 凹 包 或 中 心 凹 陷, 如 果 透 镜 口 径 为 2in, 一 次 只 能 加 工 一 个 透 镜, 图 16.4 光 学 零 件 上 盘 的 两 种 方 法 铣 磨 机 的 痕 迹 一 般 可 用 250 号 砂 磨 掉 对 于 用 激 光 第 97 页

124 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 光 学 零 件, 则 需 要 除 去 约 0.008in 厚 的 玻 璃 层 这 是 因 为 金 刚 石 磨 轮 的 磨 痕 会 从 透 镜 表 面 向 内 延 伸, 结 果 在 电 子 线 路 中 会 引 起 电 子 噪 声 小 的 透 镜 通 常 用 沥 青 胶 多 片 上 盘, 根 据 透 镜 直 径 的 大 小 将 三 块 七 块 等 透 镜 胶 成 一 盘 图 16.4 表 示 透 镜 上 盘 的 几 种 方 法 : 第 一 种 上 盘 的 模 具 是 制 造 一 块 相 反 面 形 的 球 面, 并 用 蜡 纸 粘 住 细 磨 抛 光 的 透 镜 要 注 意 用 螺 栓 将 相 反 面 形 的 金 属 夹 具 固 定 在 凸 球 面 模 上, 并 同 样 地 细 磨 抛 光 球 面 第 二 种 方 法 是 用 沥 青 胶 团 将 透 镜 固 定 在 凸 球 面 或 凹 球 面 模 具 上 这 是 一 种 传 统 的 方 法 加 工 大 型 零 件 时 要 检 验 透 镜 两 个 球 面 的 平 行 度 将 透 镜 放 在 按 120 分 开 的 三 个 球 上, 三 个 带 塑 料 套 的 定 位 销 起 着 止 推 支 承 作 用 在 透 镜 一 侧 边 加 压 时, 用 百 分 表 检 验 其 偏 心, 用 手 工 修 磨 透 镜 第 一 面 的 楔 角, 并 在 楔 角 的 最 高 一 端 施 加 压 力 加 工 时 用 垫 以 毛 毡 的 铝 夹 具 固 定 透 镜, 透 镜 四 周 绕 两 圈 胶 带 纸 这 样 的 镜 盘 也 可 以 用 于 机 器 研 磨 与 抛 光 检 验 透 镜 的 偏 心 夹 具 如 图 16.5 所 示 用 散 粒 磨 料 研 磨 盘 或 单 个 透 镜 时 要 得 到 具 有 要 求 曲 率 半 径 的 球 面 在 连 续 研 磨 中, 细 砂 很 难 改 变 曲 率 半 径, 所 图 16.5 修 磨 光 学 零 件 平 行 度 时 的 以 使 用 95 号 氧 化 铝 金 刚 砂 以 前,145 号 砂 研 磨 以 后 必 须 达 三 球 检 验 夹 具 到 球 径 仪 的 读 数 依 特 克 斯 公 司 的 W. 路 普 (Rupp) 在 Applied Optics 1972 年 12 月 号 2797~2817 发 表 的 文 章 中 已 完 整 地 报 道 了 用 细 砂 研 磨 球 面 的 问 题 散 粒 磨 料 研 磨 的 光 学 表 面 可 能 达 到 1/8 波 长 测 试 凹 面 反 射 镜 的 直 径 为 25cm, 焦 比 为 f/2.2 用 上 磨 模 加 工 反 射 镜, 磨 模 的 随 机 动 程 ( 不 对 称 ) 为 0~100mm; 磨 模 转 速 为 30r/min; 偏 心 臂 转 速 为 5r/min 美 国 斯 德 雷 斯 巴 公 司 制 造 了 随 机 运 动 的 研 磨 抛 光 机 早 已 发 现, 为 了 得 到 最 佳 的 研 磨 效 果, 并 不 需 要 用 先 进 的 磨 料 悬 浮 液 供 给 法 使 供 给 量 为 常 量 在 细 磨 表 面 上 涂 一 层 薄 薄 的 石 蜡, 并 用 尼 龙 布 抛 光, 则 细 磨 的 凹 面 镜 可 以 实 现 罗 契 检 验 法 研 磨 任 何 透 镜 到 要 求 的 曲 率 半 径 都 需 要 上 下 轴 交 替 研 磨 ( 见 表 16.1) 当 然 面 形 太 陡 则 球 么 仪 读 数 太 大, 或 大 于 要 求 的 值 ; 反 之, 表 面 太 平 坦 则 球 径 仪 读 数 比 要 求 值 小 注 意 凹 磨 模 安 装 在 上 轴 时, 修 磨 深 球 面 的 方 法, 必 须 用 手 工 进 行, 而 不 能 用 常 规 的 机 器 研 磨 与 抛 光 的 ) 方 法 这 里 不 再 讨 论 研 磨 时 影 响 动 程 长 度 与 速 率 的 其 它 因 素 按 照 正 规 的 上 下 模 位 置 ( 见 表 16.1), 用 度 动 程 的 磨 模 可 以 将 凹 面 和 凸 面 修 改 成 深 球 面 用 表 16.1 说 明 其 位 置 关 系, 快 的 动 程 修 改 浅 的 球 面 半 径 无 论 速 度 与 相 对 位 置 如 何 变 化, 修 改 深 的 球 面 零 件 总 是 很 缓 慢 的 5. 抛 光 磨 具 如 前 所 述, 特 别 是 对 于 深 球 面 的 透 镜 表 面 必 须 考 虑 铝 球 模 的 沥 青 胶 厚 度 图 16.6 表 示 制 造 单 透 镜 时 的 夹 持 方 法 与 特 殊 设 计 的 胶 模 图 中 螺 栓 孔 里 钻 成 可 以 与 主 轴 连 接 或 在 机 器 的 研 磨 与 抛 光 时 可 以 插 图 16.6 研 磨 抛 光 时, 无 应 变 增 值 持 玻 璃 零 入 驱 动 凹 坑 对 于 浅 球 面 工 件 越 接 近 工 件 越 好, 不 件 的 透 镜 夹 具 设 计 注 意 驱 动 轴 放 在 靠 近 工 要 使 抛 光 模 与 工 件 的 斜 度 太 大 件 处 易 于 将 工 件 从 抛 光 机 的 上 轴 换 到 下 轴 制 作 深 凸 球 面 和 凹 球 面 的 抛 光 模 不 很 容 易 通 常 将 抛 光 沥 青 胶 冷 却 到 粘 稠 状 态, 在 热 水 中 或 用 生 沪 加 热 凹 球 模 将 凸 球 模 浸 入 沥 青 胶 之 前 在 金 属 模 具 上 先 涂 一 层 薄 的 软 蜡 或 松 节 油, 然 后 在 沥 青 胶 中 浸 一 段 时 间 并 稍 冷, 直 到 沥 青 胶 达 到 0.2in 厚 第 二 步 是 在 镜 盘 上 或 单 个 大 透 镜 上 成 型 沥 青 胶 当 不 能 用 镜 盘 时, 可 以 用 其 他 有 近 似 球 面 (±0.04in) 的 玻 璃 球 模 或 铸 铁 模 另 一 个 解 决 办 法 是 在 镜 盘 上 垫 以 铝 箔 片 铝 箔 片 用 抛 光 粉 浸 湿, 然 后 将 热 的 粗 成 型 的 凸 凸 抛 光 模 进 一 步 成 型 这 层 湿 铝 片 很 易 从 热 沥 青 胶 与 镜 盘 间 取 下 制 作 大 透 镜 样 板 时 一 般 用 玻 璃 磨 模 沥 青 抛 光 模 成 型 时, 应 将 由 于 镜 盘 嵌 入 沥 青 而 引 起 的 凹 坑 第 98 页

125 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 烫 平 下 一 步 的 操 作 是 在 抛 光 模 上 开 出 1cm 见 方 的 深 方 格 槽 再 将 抛 光 模 放 在 热 水 中 加 热, 并 用 抛 光 操 作 烫 平 抛 光 模 轮 廓, 直 到 表 面 均 匀 为 止 然 后 再 开 一 次 槽, 除 去 槽 里 的 沥 青 胶 抛 光 模 还 应 用 尼 龙 布 或 金 属 线 网 压 出 方 网 格, 从 而 制 成 了 抛 光 凹 面 用 的 抛 光 模 将 沥 青 倒 入 凹 槽 中 就 可 制 作 抛 光 凸 面 的 抛 光 模, 用 接 近 理 想 面 的 模 具 或 特 殊 的 玻 璃 具 成 型, 然 后 开 出 0.4in 见 方 的 格 槽 透 镜 盘 在 底 轴 上 旋 转 时, 将 抛 光 模 加 热 使 之 成 型 操 作 时 应 仔 细, 因 为 若 镜 盘 太 热, 会 使 镜 片 走 动 而 被 破 坏 在 大 量 生 产 中, 应 用 另 外 制 作 的 球 模 成 型 抛 光 模 但 无 论 采 用 哪 种 办 法, 用 两 道 95 号 砂 将 镜 盘 重 新 磨 一 下 是 必 要 的 6. 抛 光 将 抛 光 模 在 玻 璃 零 件 上 抛 一 下, 使 表 面 吻 合 首 先 用 手 试 一 下 抛 光 情 况, 确 定 摆 动 时 是 否 咬 住, 然 后 稍 抛 一 段 时 间 再 检 验 一 下 粗 抛 光 零 件 的 外 观, 并 用 样 板 检 验 透 镜 的 曲 率 半 径 如 果 已 磨 得 很 仔 细, 并 用 电 子 球 径 仪 检 验 过, 则 每 快 透 镜 应 达 到 2~3 个 光 圈 以 内 ( 见 第 十 五 章 ) 如 果 透 镜 径 样 板 检 验 是 凹 光 圈, 抛 光 模 必 须 放 在 上 面, 并 用 度 的 动 程 ; 如 果 透 镜 是 凸 光 圈, 即 使 曲 面 半 径 增 大, 则 可 以 用 较 短 的 动 程, 将 镜 盘 放 在 主 轴 上 进 行 抛 光 ; 如 果 由 于 抛 光 模 与 透 镜 接 触 太 紧 或 太 松, 小 球 面 在 主 轴 上 不 易 于 加 工, 则 必 须 改 变 透 镜 的 动 程 与 主 轴 的 转 速 ; 如 果 用 样 板 检 验 小 镜 盘 的 曲 率 半 径 时 多 于 两 个 光 圈, 则 最 好 重 新 磨 砂, 并 用 球 径 仪 测 量 当 然,Accatron 电 子 球 径 仪 读 数 更 精 确 以 上 是 粗 抛 光 时 要 检 验 透 镜 的 主 要 原 因 如 果 透 镜 与 样 板 吻 合 得 很 好, 则 继 续 抛 光 到 符 合 要 求 为 止, 但 在 整 个 镜 盘 上 很 难 加 工 到 优 于 两 个 光 圈 ( 一 个 光 圈 为 0.5 波 长 ) 抛 光 几 个 小 时 以 后, 如 果 小 方 格 槽 已 消 失 或 者 沟 槽 里 填 满 了 胶, 则 要 重 新 修 整 抛 光 模 小 球 面 零 件 经 常 是 过 凸 ( 对 样 板 ), 即 使 缩 小 动 程 与 提 高 主 轴 转 速 也 修 正 不 过 来 在 这 种 情 况 下, 可 以 将 抛 光 模 直 径 刮 小 到 直 径 的 0.7, 摆 轴 用 短 而 快 的 动 程 按 照 一 般 规 则, 应 在 一 整 天 内 将 透 镜 盘 加 工 完 毕 因 为 隔 夜 后 透 镜 有 变 形 的 可 能 性, 最 好 是 前 一 天 做 好 抛 光 模, 第 二 天 早 上 用 95 号 砂 镜 盘 重 新 磨 一 遍 不 均 匀 的 抛 光 或 单 个 零 件 镜 盘 和 多 只 零 件 镜 盘 的 横 向 走 动 会 引 起 象 散 用 样 板 检 验 时 发 现 马 鞍 形 光 圈 或 椭 圆 形 光 圈 时, 可 以 用 下 面 几 种 方 法 修 正 象 散 1) 对 马 鞍 形 光 圈, 找 到 与 样 板 最 接 近 ( 较 平 坦 ) 那 部 分 带 区, 然 后 用 手 工 抛 光 抛 光 模 在 主 轴 上, 转 速 为 50r/min, 在 两 个 较 平 坦 的 方 向 来 回 抛 光 镜 盘 存 在 动 程 时, 主 轴 可 以 不 旋 转 ( 见 图 4.2) 2) 对 椭 圆 形 光 圈, 去 掉 所 有 附 加 的 重 量, 提 高 抛 光 速 度 3) 由 于 玻 璃 表 面 与 抛 光 模 的 紧 密 吻 合, 可 能 拖 不 动 抛 光 模 这 时 应 检 验 一 下 抛 光 模 表 面 上 的 小 方 格 是 否 仍 然 存 在, 如 果 消 失 了, 则 重 新 压 制 抛 光 模 7. 检 验 大 多 数 初 学 者 的 困 难 是 知 道 什 么 时 候 已 经 抛 光 好 大 部 分 光 学 车 间 用 100W 白 炽 灯 ( 现 在 已 很 少 用 ) 的 暗 箱 观 察 灰 斑, 光 道 子 及 划 痕, 也 可 用 磨 砂 灯 泡 用 棉 花 沾 少 量 清 洁 液 揩 擦 每 块 被 检 零 件, 观 察 者 用 5* 双 目 放 大 镜 从 中 心 扫 描 到 边 缘, 注 意 零 件 边 缘 处 的 灰 斑 ( 抛 光 不 足 的 表 面 ) 不 走 动 的 点 可 能 就 是 砂 眼 ( 样 板 压 痕 ) 灰 斑 或 小 气 泡 也 可 以 用 氨 基 窗 清 洁 剂 观 察 反 射 象 来 检 验 表 面 有 许 多 操 作 者 用 手 指 来 检 验 斑 点, 经 常 在 零 件 的 边 缘 发 现 许 多 聚 集 的 干 抛 光 粉 和 沥 青 胶, 必 须 用 丙 酮 将 其 擦 掉 因 为 这 些 是 不 清 洁 的 源 泉 微 粒 落 在 光 学 表 面 上, 就 会 嵌 入 沥 青 胶, 检 验 未 抛 透 的 灰 斑 时, 应 用 棉 花 渗 些 丙 酮 一 遍 又 一 遍 地 揩 擦 透 镜 在 暗 箱 里 装 一 只 荧 光 灯 用 内 眼 检 验 未 上 盘 的 单 个 透 镜 的 表 面 8. 再 倒 边 与 定 心 第 99 页

126 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 加 工 完 镜 盘 上 透 镜 的 一 个 面 以 后, 在 冷 冻 机 或 冰 箱 中 冷 冻 一 段 短 时 间, 使 透 镜 与 沥 青 胶 或 蜡 纸 脱 开, 用 丙 酮 清 洁 零 件, 再 检 验 倒 角 如 果 要 用 145 号 砂 和 小 的 铸 铁 球 模 ( 凹 ) 再 倒 一 次 角, 则 必 须 使 倒 角 模 的 曲 率 半 径 小 于 球 面 零 件 的 曲 率 半 径 在 零 件 抛 光 表 面 与 测 量 头 之 间 垫 一 张 透 镜 纸 用 分 厘 卡 检 验 零 件 的 厚 度 细 磨 与 抛 光 透 镜 第 二 面 的 方 法 与 第 一 面 相 同, 第 二 面 加 工 完 毕 后 再 检 验 一 次 透 镜, 然 后 用 透 镜 纸 包 起 来, 准 备 下 一 上 磨 边 为 了 去 除 两 个 表 面 间 的 斜 楔, 透 镜 需 要 定 中 心 透 镜 定 中 心 至 少 有 下 列 三 种 方 法 : 定 心 的 方 法 取 决 于 现 有 的 辅 助 设 备 和 磨 边 机 的 型 号 有 的 车 间 用 老 的 定 中 心 方 法, 即 用 粘 结 胶 把 透 镜 粘 在 小 的 铜 夹 头 上 定 中 心 夹 头 装 在 磨 边 机 的 主 轴 上, 然 后 用 木 条 移 动 透 镜, 直 到 15ft(1ft=0.3m) 远 的 小 光 源 的 两 个 反 射 象 重 叠 为 止 ( 见 第 二 章 ) 第 二 种 方 法 是 用 可 调 换 套 筒 套 筒 交 替 地 装 在 辅 助 设 备 与 磨 边 机 上 这 是 一 种 斯 德 雷 斯 巴 方 法, 磨 边 变 焦 系 统 ( 见 图 2.5) 中 的 大 小 透 镜 很 方 便 垫 有 透 镜 纸 的 透 镜 胶 在 铜 夹 头 上, 透 镜 纸 ( 保 护 抛 光 面 ) 中 心 戳 一 个 比 铜 夹 头 略 小 的 洞 当 透 镜 与 夹 头 冷 却 到 可 以 操 作 时, 将 夹 头 装 在 竖 直 放 置 的 套 筒 上 同 时 使 用 下 面 两 种 方 法 定 心 : 用 百 分 表 检 验 透 镜 端 面 的 跳 动 ; 并 用 一 只 小 的 准 直 光 源 照 明 分 划 板 的 20* 显 微 镜 找 象 定 心, 如 果 象 保 持 不 动, 则 偏 心 为 零 这 样 的 透 镜 就 可 以 在 磨 边 机 上 磨 边 了 当 然, 如 果 胶 在 铜 增 夹 头 上 的 透 镜 的 反 射 象 摆 动, 则 还 要 继 续 移 动 夹 头 上 的 透 镜, 继 续 定 心 第 三 种 方 法 是 用 劳 (LOH) 厂 或 斯 德 雷 斯 巴 套 筒 定 中 心 ( 自 动 定 中 心 ), 适 用 于 小 透 镜 ( 最 大 尺 寸 为 150mm)( 参 阅 第 二 章 ) 这 种 自 动 定 心 机 床 有 两 个 精 密 的 钟 形 套 筒 中 间, 并 藉 助 弹 簧 压 力 自 动 定 好 中 心 对 于 大 半 径 表 面, 机 器 要 有 特 别 大 的 主 轴 才 能 使 透 镜 定 好 中 心 这 类 机 床 可 以 在 一 个 时 间 里 同 时 完 成 几 种 操 作 需 要 装 配 倒 角 的 透 镜, 可 以 在 一 次 操 作 中 同 时 完 成 磨 边 与 倒 角 9. 大 量 生 产 的 方 法 需 要 生 产 几 千 片 或 更 多 的 透 镜, 诸 如 双 筒 望 远 镜 显 微 镜 和 大 炮 瞄 准 仪 等 光 学 观 察 仪 器 时, 就 要 用 特 殊 的 方 法 生 产 用 热 压 毛 坯 与 特 殊 的 刚 性 夹 具, 用 金 刚 石 球 面 磨 具 铣 磨 球 面, 精 磨 透 镜 毛 坯 以 后 再 进 行 抛 光 用 两 种 抛 光 材 料 聚 氨 酯 和 Transelco, 在 精 确 研 磨 过 的 球 模 上 贴 一 层 很 薄 (0.5mm 厚 ) 的 抛 光 材 料 就 可 以 抛 光 高 速 抛 光 方 法 中 一 次 抛 兴 循 环 约 8~15min, 然 后 用 劳 厂 自 动 定 心 磨 边 机 来 定 中 心 对 于 大 量 生 产 者, 应 买 一 套 光 学 车 间 手 册 第 一 卷 (Optical workshop notebook Vol. 1 J.B. 豪 斯 顿 (Houston)1974~1975 美 国 光 学 学 会 出 版 ) 普 鲁 姆 贝 精 密 光 学 公 司 的 J.L. 普 鲁 姆 贝 (Plummber) 介 绍 了 现 代 化 的 大 量 生 产 方 法 该 手 册 语 言 通 俗 易 懂, 适 宜 于 初 学 者, 对 光 学 工 程 师 也 有 参 考 价 值 习 题 : 1. 抛 光 时 产 生 象 散 表 面 的 两 个 原 因 是 什 么? 2. 样 板 检 验 中 如 何 用 已 抛 光 的 凸 样 板 检 测 与 之 相 匹 配 的 正 在 抛 修 中 的 凹 样 板? 3. 为 确 保 抛 光 成 完 全 抛 光 如 何 检 验 抛 光 面? 4. 叙 述 透 镜 上 盘 的 一 种 方 法 5. 如 何 用 细 磨 修 正 大 透 镜 的 偏 心 差? 6. 如 何 检 验 透 镜 的 厚 度? 7. 用 斯 德 雷 斯 巴 铣 磨 机 铣 磨 透 镜 的 第 二 面 时, 如 何 定 透 镜 的 中 心? 8. 叙 述 大 球 面 透 镜 的 定 心 法 9. 柱 面 透 镜 能 自 动 定 中 心 吗? 10. 磨 边 时 为 什 么 需 将 磨 轮 全 部 磨 到? 第 100 页

127 第 十 六 章 透 镜 工 艺 装 备 参 考 文 献 : Ferson,F.B&Lenart,P. Lens Production, in Amateur Telescope Making, Book Three,A.G.Ingalls, Ed.,Sci.Am., (1953). Horne,D.F. Production of lenses in Quantity, in Optical Production Technology.Crane, Russak,New York,1972, pp Strong,J. Laboratory Optical Work, in Procedures in Experimental Physics, Prentice-Hall.Englewood Cliffs,NJ, 1943, Twyman,F. Production of Lenses in Quantity, in Prisms and Lens Making,Hilger and Watts,London,1952,pp 第 101 页

128 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 用 中 等 硬 度 或 高 硬 度 的 材 料 制 造 光 学 零 件 的 方 法 与 加 工 玻 璃 的 方 法 不 同 美 国 伊 斯 曼 柯 达 (Eastman Kodak) 公 司 生 产 氟 化 钙 ( 称 为 3 号 红 外 晶 体 (Irtran3)) 及 其 它 光 学 晶 体, 例 如 氟 化 镁 (1 号 红 外 晶 体 ) 硫 化 锌 (2 号 红 外 晶 体 ) 硒 化 锌 (4 号 红 外 晶 体 ) 氧 化 镁 (5 号 红 外 晶 体 ) 和 碲 化 镉 (6 号 红 外 晶 体 ) 等 这 类 晶 体 硬 度 中 等, 但 加 工 方 法 却 各 不 相 同 例 如 氧 化 钙 能 承 受 温 度 的 骤 变, 而 氟 化 钙 就 不 能 承 受 氟 化 锂 和 氟 化 钙 时 两 种 代 表 性 的 光 学 元 件 加 工 用 晶 体 1 铣 削 成 型 氟 化 锂 和 氟 化 钙 晶 体 在 一 定 的 防 护 措 施 下, 如 将 毛 巾 纸 上 的 晶 体 放 在 未 预 格 的 可 控 制 的 温 箱 中, 在 100~125ºF 温 度 下 保 温 3h 就 可 铣 削 成 型 带 有 真 空 吸 附 夹 具 的 现 代 铣 磨 机 简 化 了 加 工 过 程 如 果 用 金 属 夹 头, 则 要 在 金 属 夹 头 上 垫 以 镜 头 纸 把 黄 铜 夹 头 和 晶 体 同 时 放 在 烘 箱 内 加 热 到 130ºF, 加 热 后 沿 夹 头 四 周 涂 上 低 熔 点 的 沥 青 胶 ( 见 2.8 节 ) 由 于 黄 铜 夹 头 的 导 热 性 比 晶 体 好, 所 以 夹 头 与 工 件 不 能 靠 得 太 近 然 后 把 温 度 升 高 到 140ºF( 但 不 要 超 过 ), 直 到 沥 青 胶 开 始 熔 化, 再 把 夹 头 放 在 晶 体 毛 坏 上 操 作 时 应 戴 棉 手 套, 以 减 少 手 接 触 工 件 时 可 能 带 来 的 热 聚 变 待 毛 坏 与 夹 头 粘 结, 并 冷 却 到 室 温 后 才 可 以 从 恒 温 箱 中 取 出 通 常 用 180 号 200 号 金 刚 石 磨 轮 铣 削 成 型, 但 在 铣 削 氟 化 锂 时 不 能 自 动 进 给, 因 为 磨 轮 会 烧 伤 晶 体 故 只 能 用 手 工 进 给 一 般 每 次 铣 削 量 为 0.01in 在 每 次 铣 削 之 前 等 待 10s, 使 铣 磨 的 晶 体 冷 却 氟 化 钙 也 应 缓 缓 铣 磨, 不 能 自 动 进 给 现 代 铣 磨 机 上 夹 头 里 的 O 型 圈 易 于 装 夹 透 镜 毛 坯, 在 铣 磨 透 镜 第 二 面 半 径 之 间 可 用 百 分 表 检 验 透 镜 的 偏 心 用 黄 铜 夹 头 粘 结 的 透 镜 毛 坯, 要 放 在 恒 温 箱 里 加 热 直 到 可 以 用 戴 手 套 的 手 能 把 它 们 分 开 为 止 粘 结 透 镜 球 面 时, 应 检 验 夹 头 上 的 沥 青 是 否 足 够 如 果 不 够, 则 要 在 夹 头 上 再 涂 沥 青 胶 透 镜 粘 结 以 后, 夹 具 在 140 的 烘 箱 内 冷 却 如 果 坯 料 最 后 的 直 径 公 差 余 量 已 达 到 极 限, 则 在 操 作 时 要 更 加 细 心 由 于 已 在 铣 磨 机 上 用 百 分 表 检 验 了 两 个 球 面 的 半 径, 故 其 楔 形 差 很 小, 而 用 黄 铜 夹 头 夹 持 的 毛 坯 加 热 时 很 难 将 坯 料 精 确 定 位, 因 而 一 定 会 存 在 楔 形 差 但 黄 铜 夹 头 上 粘 结 零 件 的 组 件 不 能 从 热 的 烘 箱 内 取 出, 否 则 会 使 晶 体 受 到 热 骤 变 坯 料 冷 却 后 应 用 足 够 大 的 320 号 的 金 刚 石 磨 轮 或 120 号 的 碳 化 硅 砂 轮 磨 边 2 研 磨 和 倒 角 在 研 磨 透 镜 前 要 用 95 号 刚 玉 磨 料 和 很 深 的 凹 球 面 玻 璃 模 倒 角, 并 用 与 透 镜 直 径 和 曲 率 半 径 相 同 的 玻 璃 夹 具 夹 持 住 透 镜, 再 安 装 在 主 轴 上, 而 倒 角 模 放 在 上 面 这 样 刚 玉 悬 浮 液 就 很 容 易 流 到 透 镜 表 面 上 并 能 得 到 细 致 的 倒 角 面 再 在 室 温 下 用 水 和 洗 涤 剂 洗 干 净 后 用 纱 布 擦 干 所 有 倒 角 应 用 呢 布 凹 球 面 抛 光 模, 直 到 可 以 看 到 光 亮 图 17.1 检 验 透 镜 楔 角 的 装 置, 透 为 止 但 这 一 操 作 要 非 常 细 心, 因 为 研 磨 或 抛 光 时, 掉 落 镜 在 百 分 表 下 面 的 两 个 支 点 之 间 在 研 磨 模 或 抛 光 模 中 的 晶 体 碎 屑 可 能 会 造 成 亮 道 子 或 亮 丝 检 验 时, 应 朝 二 个 支 点 施 加 压 力 依 次 用 三 道 刚 玉 即 145 号 95 号 50 号 磨 料 研 磨 所 有 表 面 因 为 细 磨 时 除 去 的 余 量 很 少, 所 以 铣 磨 时 应 使 透 镜 厚 度 接 近 上 公 差 用 145 号 砂 细 磨 时 应 消 除 楔 形 差, 并 用 三 点 定 位 器 与 最 小 读 数 值 为 0.01mm 的 百 分 表 检 测 ( 见 图 17.1) 修 磨 时, 在 最 高 读 数 区 域 应 加 大 压 力, 以 消 除 楔 度 在 测 量 过 程 中, 应 注 意 透 镜 边 缘 朝 两 个 支 点 的 压 力 要 保 持 不 变 一 般 说 来, 每 个 表 面 用 145 号 砂 研 磨 1h 就 已 足 够 研 磨 氟 化 锂 与 氟 化 钙 稍 有 差 别, 氟 化 锂 较 第 101 页

129 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 软, 会 出 现 细 的 纹 路, 应 用 刻 有 小 方 格 槽 的 玻 璃 磨 具 95 号 砂 与 50 号 砂 的 研 磨 过 程 相 似 每 一 道 砂 至 少 样 持 续 加 工 30min 注 意, 这 一 阶 段 的 操 作 应 十 分 细 心, 否 则, 若 出 现 任 何 可 见 的 划 痕 都 将 无 法 在 抛 光 过 程 中 去 掉 用 50 号 砂 研 磨 时 由 手 工 操 作, 并 且 不 可 压 得 太 紧, 否 则 晶 体 难 以 从 固 定 的 模 具 上 取 下 如 果 已 经 发 生 这 中 情 况, 唯 一 补 救 的 办 法 是 在 晶 体 底 下 塞 入 一 把 尖 锐 的 刀 片, 用 小 木 棰 敲 击 刀 片, 然 后 取 下 晶 体, 但 应 保 证 不 产 生 裂 痕 一 旦 出 现 裂 痕 应 重 新 用 145 图 17.2 透 镜 安 装 在 铝 模 上, 透 镜 号 砂 细 磨, 直 到 裂 痕 除 去 为 止 如 果 有 足 够 大 的 倒 边 与 模 具 间 垫 以 橡 皮 毛 毡, 镜 盘 四 ( 见 图 17.2), 用 这 种 方 法 是 不 会 产 生 裂 痕 的 周 封 上 胶 带 纸 研 磨 过 程 中 要 用 一 架 精 密 的 球 径 仪 ( 如 用 Strasbaugh 电 子 球 径 仪 ) 来 检 验 晶 体 细 磨 表 面, 并 用 测 量 球 面 样 板 的 方 法 来 较 验 球 径 仪 当 然 改 变 研 磨 模 在 机 床 上 的 上 下 位 置 可 以 改 变 晶 体 表 面 的 球 面 读 数, 如 读 数 过 高, 研 磨 模 应 放 在 下 面 ( 主 轴 上 ); 反 之, 读 数 过 低, 则 磨 模 放 在 上 面, 晶 体 零 件 位 于 研 磨 模 相 对 的 一 面 3. 抛 光 球 面 沥 青 抛 光 模 由 三 种 成 分 按 重 量 比 配 成, 包 括 Burgundy 沥 青 无 色 透 明 松 香 等, 也 可 以 用 熔 点 约 为 140ºF 的 其 它 沥 青 Zobal 沥 青 和 软 瑞 士 沥 青 (Gugolz 64 号 ) 质 量 好, 使 用 可 靠 Eobai 沥 青 不 需 要 也 不 必 加 软 化 剂 沥 青 模 的 铝 底 模 与 透 镜 的 曲 率 半 径 差 值 大 致 等 于 沥 青 胶 胶 层 厚 度 或 者 约 in 抛 光 沥 青 模 开 有 宽 度 等 于 1/10 抛 光 透 镜 直 径 的 小 方 格, 也 可 以 在 沥 青 模 上 放 上 网 状 的 尼 龙 或 塑 料 纱 窗, 然 后 用 半 径 相 同, 凹 凸 相 反 的 预 先 磨 好 的 玻 璃 模 在 热 的 沥 青 上 加 压 制 成 用 A 型 和 B 型 Linde 抛 光 粉 溶 于 5% 的 碳 酸 氢 钠 水 溶 液 或 醋 酸 溶 液 中 配 成 抛 光 剂 比 例 是 四 份 溶 液 和 一 份 抛 光 粉 开 始 时 用 B 型 抛 光 粉, 直 到 透 镜 表 面 抛 光 到 用 样 板 检 验 时 小 于 1/2 波 长 才 使 用 A 型 抛 光 粉 压 小 块 重 量 (1~3 rb) 抛 光 4h 后, 转 速 降 至 50r/min, 面 形 可 能 会 高 1~2 个 光 圈 这 时 用 大 小 为 工 件 直 经 1/3 的 抛 光 模 及 大 的 动 程 进 行 修 抛 注 意, 在 这 种 情 况 下 不 宜 于 用 手 修, 否 则 会 因 接 触 不 良 [ 由 于 抛 光 作 用 而 使 某 些 区 域 末 接 触 ] 而 影 响 粗 糙 度 在 抛 光 过 程 中, 一 定 的 压 力 和 转 速 下 连 续 加 悬 浮 液 时, 不 能 观 察 光 圈 用 样 板 检 验 时, 表 面 上 经 常 会 发 现 晶 体 表 面 的 劈 裂 面 裂 开 并 象 油 在 水 面 上 一 样 地 扩 散 开 来 的 奇 怪 现 象 表 面 上 有 麻 点 与 道 子 存 在 时, 条 纹 图 形 会 在 有 缺 陷 处 断 开 如 果 晶 体 不 是 一 种 连 续 均 匀 的 介 质 ( 由 生 长 结 构 特 性 引 起 ), 在 加 工 之 前 就 应 报 废 如 果 根 据 第 五 章 所 述 已 做 了 均 匀 性 检 验, 就 不 会 发 生 上 述 现 象 了 任 何 一 个 抛 光 好 的 表 面 都 要 涂 上 光 学 保 护 胶 或 者 类 似 的 易 于 撕 去 的 保 护 膜, 才 能 继 续 加 工 另 一 面 氟 化 锂 的 零 件 磨 边 时 需 用 一 只 小 于 透 镜 完 工 后 直 径 的 与 之 紧 密 配 合 的 黄 铜 球 面 夹 头 夹 头 装 在 可 拆 卸 的 主 轴 上 (Strasbaugh 水 平 夹 头 ), 用 三 条 两 面 涂 胶 的 防 水 胶 纸 沿 120º 径 向 贴 在 夹 头 上 再 把 晶 体 轻 轻 地 胶 粘 住, 然 后 用 测 微 计 在 离 透 镜 边 缘 1mm 的 环 带 上 校 零, 并 用 软 性 石 蜡 填 充 透 镜 表 面 与 夹 具 之 间 的 空 隙 磨 边 前 透 镜 的 每 一 面 都 要 涂 光 学 保 护 胶 或 喷 漆 磨 边 后 要 用 95 号 刚 玉 重 新 倒 角, 并 仔 细 的 粗 抛 倒 角 面 4. 将 氟 化 钙 和 氟 化 锂 手 工 加 工 成 平 面 或 棱 镜 ( 初 步 成 型 ) 将 晶 体 用 金 刚 石 圆 锯 片 或 带 锯 切 割 成 棱 镜 或 平 板 (5mm 的 平 板 可 以 用 金 刚 石 划 切 ), 用 铸 铁 平 模 与 120 号 氧 化 铝 金 刚 砂 磨 出 表 面 注 意 这 时 不 能 用 碳 化 硅 砂, 否 则 会 引 起 破 裂 划 切 时 应 用 直 的 刀 刃 一 次 划 穿 整 个 面, 并 用 一 根 直 径 为 1mm 的 小 钢 棒 放 在 玻 璃 的 划 线 下 面, 在 整 个 面 上 第 102 页

130 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 加 压 棱 镜 切 割 成 型 后 再 进 行 磨 砂, 直 到 比 允 许 的 尺 寸 偏 差 大 0.5mm 为 止 用 两 块 开 槽 的 平 面 玻 璃 模 具 完 成 最 后 的 225 号 145 号 95 号 和 50 号 金 刚 砂 细 磨 其 中 一 块 平 面 模 具 用 于 225 号 和 145 号 金 刚 砂 的 细 磨, 另 一 块 磨 成 高 两 个 光 圈 的 面 形, 用 于 95 号 和 50 号 金 刚 砂 的 精 磨, 而 50 号 砂 可 以 保 证 抛 光 质 量, 但 应 注 意 在 抛 光 过 程 中 难 以 除 油 斑 或 擦 痕 5 抛 光 或 修 面 形 大 小 约 为 被 加 工 零 件 基 本 直 径 三 倍 的 沥 青 抛 光 模 用 软 Eobal 沥 青 或 者 用 由 三 份 Burgundy 沥 青, 一 份 水 松 香 组 成, 也 用 No64Guzolz 沥 青 对 于 一 般 的 使 用 熔 点 为 本 140F 的 蜡 模 成 份 为 二 份 蜂 蜡 和 一 份 水 白 松 香, 用 俩 块 压 平 板 ( 一 块 为 凹 两 个 光 圈, 另 一 块 为 一 个 光 圈 ) 和 小 的 玻 璃 压 平 模 成 型 抛 光 模 ( 见 图 17.3) 图 17.3 沥 青 抛 光 模 典 型 的 开 槽 形 式 用 刀 片 将 LindeA 和 碳 酸 盐 或 醋 溶 液 配 成 类 似 于 前 开 槽 修 正 带 有 误 差 的 平 玻 璃 研 平 模 改 变 面 介 绍 过 的 抛 光 悬 浮 液, 并 加 到 受 压 抛 光 模 上 抛 光 模 形 状 或 使 抛 光 粉 嵌 入 抛 光 模 在 抛 光 模 中 间 挖 一 个 洞, 以 使 沥 青 流 动, 同 时 轻 轻 刮 出 互 成 90º 的 平 行 线, 使 模 面 形 成 中 等 大 小 的 正 方 块 再 用 平 模 研 压 湿 的 抛 光 模, 使 Linde 抛 光 剂 嵌 入 抛 光 时, 在 中 等 压 强 作 用 下 的 抛 光 模 在 整 个 抛 光 面 上 以 W 动 程 运 动 如 果 抛 光 薄 的 光 学 零 件, 例 如 平 板 则 要 将 它 放 在 一 个 直 径 与 其 相 等 的 塑 料 夹 具 上, 並 在 它 们 中 间 嵌 入 软 木 或 橡 胶 垫 镜 盘 四 周 贴 上 防 水 胶 带 纸, 使 之 联 成 一 体, 並 在 一 定 压 力 下 作 块 速 摆 动 抛 光 若 吻 合 不 紧 或 摆 动 速 度 太 慢 就 不 能 得 到 好 的 抛 光 效 果 6. 光 学 抛 修 成 形 有 两 种 方 法 抛 修 平 面 晶 体 零 件 的 面 形 第 一, 用 压 板 使 抛 光 模 的 面 形 与 压 板 的 面 形 相 反, 也 就 是 说 用 一 个 凹 压 出 凸 的 抛 光 模 表 面, 反 之 亦 然 第 二 用 刀 片 在 抛 光 模 上 刻 线 並 在 一 定 的 部 为 刮 去 一 些 沥 青 ( 见 图 17.3), 然 而 用 玻 璃 平 板 尽 能 烫 匀 抛 光 模, 使 抛 光 模 达 到 某 一 形 状, 以 修 正 用 样 板 检 验 出 来 的 某 一 形 状 误 差, 由 于 抛 光 模 的 面 形 动 程 及 抛 光 模 开 槽 的 联 合 作 用, 很 快 就 可 以 抛 光 修 面 形 到 1/4 个 光 圈 的 精 度 7 红 外 晶 体 及 类 似 的 红 外 晶 体 柯 达 出 版 物 U 72 号 详 细 地 报 道 了 两 类 晶 体 的 特 性 例 如 该 刊 物 还 介 绍 了 红 外 晶 体 的 一 些 抛 光 方 法 及 红 外 晶 体 的 用 途, 下 面 叙 述 之 号 红 外 晶 体 ( 氟 化 镁 ) 加 工 氟 化 镁 的 方 法 类 似 于 玻 璃 的 加 工 在 145F 软 化 的 蜡 模 ( 松 香 与 蜂 蜡 ) 上 用 1um 金 刚 石 粉 进 行 粗 抛 光, 在 用 0.5um 金 刚 石 粉 (Hynrey 液 体 与 金 刚 石 微 粉 ) 完 成 精 抛 光 在 1 号 红 外 晶 体 两 边 胶 上 玻 璃 后 可 比 钻 孔 胶 粘 时 用 一 份 蜂 蜡 和 三 份 松 香 的 粘 结 胶 铣 磨 时 用 180 号 粒 度 的 金 刚 石 磨 轮 号 红 外 晶 体 ( 硫 化 锌 ) 加 工 硫 化 锌 的 方 法 也 类 似 于 玻 璃 的 加 工, 但 是 抛 光 用 Linde 抛 光 粉 和 在 案 140F 时 软 化 的 蜡 磨 抛 光 胶 由 两 份 蜂 蜡 和 蔼 1.5 份 ronin( 松 香 变 种 ) 配 成 首 先 用 Lindec 粗 抛 光, 然 后 用 Linde A 精 抛 光, 并 用 与 上 述 同 样 的 方 法 钻 孔 与 加 工 玻 璃 一 样,2 号 红 外 晶 体 也 可 以 用 金 刚 石 铣 削 成 型 或 用 粗 砂 粗 磨 成 型 号 红 外 晶 体 ( 氟 化 钙 ) 加 工 氟 化 钙 的 方 法 与 上 述 相 同 3 号 红 外 晶 体 钻 孔 方 法 与 2 号 红 外 晶 体 也 是 一 样 的 第 103 页

131 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 号 红 外 晶 体 ( 硒 化 锌 ) 硒 化 锌 晶 体 大 概 是 抛 光 特 性 最 难 掌 握 的 晶 体 之 一, 抛 光 时 常 发 抛 光 时 常 发 生 拉 出 晶 粒 的 现 象, 因 而 只 好 在 析 出 晶 粒 的 情 况 下 继 续 抛 光 开 始 时 用 L inde C 抛 光, 快 完 工 时 用 Linde A 抛 光 如 上 述 抛 光 时 用 蜡 模, 也 可 以 钻 孔 ( 见 1 号 红 外 晶 体 ) 和 用 金 刚 石 铣 磨 号 红 外 晶 体 ( 氧 化 镁 ) 这 种 晶 体 的 铣 磨 上 盘 和 研 磨 方 法 与 玻 璃 相 同 细 磨 5 号 晶 体 时, 如 果 在 稀 润 滑 剂 中 加 入 一 些 滑 石 粉, 则 可 用 50 号 刚 玉 磨 料 磨 砂 的 表 面 必 须 光 洁 无 凹 坑, 否 则 会 析 出 晶 粒, 而 晶 粒 落 在 抛 光 模 上 会 引 起 划 痕 抛 光 1in 表 面 的 标 准 时 间 为 20h 抛 光 模 与 上 述 相 同, 开 始 时 用 Lindec 抛 光 剂, 快 完 工 时 用 LindeA 抛 光 剂 钻 孔 方 法 同 1 号 红 外 晶 体 号 红 外 晶 体 ( 碲 化 镉 ) 要 得 到 一 个 极 好 的 抛 光 表 面, 须 在 抛 光 与 清 洗 工 序 中 西 心 操 作, 需 用 的 两 个 软 质 蜡 模 一 个 用 Lindec 抛 光 ; 另 一 个 用 LindeA 和 B 作 精 抛 光 ( 见 图 17.4) 並 用 新 的 干 净 熔 剂 清 洗 表 面 ( 首 先 用 二 甲 奔, 随 后 用 酒 精 擦 拭, 再 用 松 软 的 毛 巾 布 轻 轻 吸 干, 切 不 可 楷 擦 ) 铣 磨 成 型 表 面, 用 220 号 金 刚 石 磨 轮, 用 220 号 刚 玉 磨 料 粗 磨 关 图 17.4 在 软 的 沥 青 模 上 压 制 成 蜂 窝 状 的 特 殊 于 空 心 钻 孔 的 方 法 不 再 述 结 构 的 抛 光 模 用 凹 或 凸 的 压 板 来 控 制 抛 光 模 红 外 晶 体 才 料 除 了 抛 光 和 干 燥 工 序 有 所 不 的 形 状 附 加 重 量 可 以 加 速 抛 光 模 的 成 型 同 外, 可 按 照 已 介 绍 过 的 加 工 氟 化 锂 和 氟 化 钙 晶 体 的 工 艺 法 手 工 抛 光 和 修 正 碲 化 镉 平 面 由 于 用 手 工 抛 光 氟 化 钙 晶 体 的 平 板 或 棱 镜 是 不 切 实 际 的, 所 以 最 好 将 它 们 胶 在 特 殊 的 平 行 面 玻 璃 模 具 上 加 工 棱 镜 时, 要 用 同 种 晶 体 材 料 制 成 的 导 块 用 虫 胶 胶 合 成 一 体 抛 光 其 表 面 用 Linde 抛 光 粉 并 在 旋 转 的 蜡 模 上 进 行 更 进 一 步 的 介 绍 请 参 阅 第 八 章 8. 氯 化 银 三 氧 化 二 砷 KRS 5 这 一 节 中 将 要 介 绍 一 些 适 合 于 加 工 某 些 晶 体 的 特 殊 工 艺 方 法 这 类 晶 体 中 具 有 代 表 性 的 是 氯 化 银 三 氧 化 二 砷 溴 化 铊 碘 化 铊 和 氟 化 锂 铊 和 砷 的 毒 性 同 铅 一 样 都 是 缓 缓 地 在 操 作 者 体 内 累 积 而 致 使 中 毒 就 象 一 个 粗 心 大 意 的 油 漆 工 用 带 有 铅 颜 料 的 手 吃 东 西 或 吸 烟 而 受 到 铅 的 毒 害 一 样 但 是 由 于 KRS 5( 铊 盐 ) 的 相 对 不 溶 性, 一 般 认 为 它 没 有 毒 害 作 用 但 是 必 须 指 出, 手 指 上 的 微 量 毒 物 的 缓 慢 积 累 会 由 于 不 洗 手 吃 东 西 或 吸 烟 而 传 入 口 腔 在 锯 切 铣 削 和 空 心 钻 孔 等 工 序 中 都 应 将 晶 体 材 料 夹 持 并 在 液 体 冷 却 剂 或 媒 介 液 体 的 喷 洒 下 进 行 加 工 过 程 中 切 削 速 度 要 缓 慢 但 应 避 免 用 手 直 接 操 作 作 为 防 护 用 的 橡 皮 手 套, 由 于 长 时 间 浸 在 含 有 晶 体 材 料 的 冷 却 剂 中 而 会 腐 蚀 变 薄 加 工 三 氧 化 二 砷 的 过 程 中 操 作 者 往 往 会 有 头 疼 现 象 氯 化 银 是 无 毒 的, 除 修 正 面 形 外, 均 可 用 赤 裸 的 手 进 行 操 作 9. 重 新 退 火 抛 光 到 接 近 一 个 光 圈 时, 晶 体 的 重 新 退 火 是 很 中 重 要 的 因 为 几 道 工 序 例 如 锯 磨 和 盘 会 引 起 粘 滞 和 热 的 应 力 如 果 材 料 中 存 在 应 力, 则 常 常 在 整 个 加 工 过 程 中 逐 渐 地 自 行 释 放 出 来, 从 而 使 变 形 和 形 成 双 晶 从 大 毛 坯 上 锯 切 小 块 料 时 很 可 能 产 生 应 力 所 以 应 用 较 小 的 金 刚 石 磨 轮 及 转 速 为 200r/min 的 英 国 锯 切 法, 而 不 要 用 常 规 的 大 磨 轮 和 高 速 的 金 刚 石 锯 切 如 果 研 磨 不 充 分 (0.2in), 表 面 会 出 现 锯 纹 或 双 晶 现 象 第 104 页

132 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 为 了 从 零 件 毛 坯 除 去 由 于 切 割 和 研 磨 加 工 引 起 的 端 面 应 力, 晶 体 应 放 在 150~175ºF 的 控 温 炉 内 仔 细 地 重 新 退 火 把 零 件 放 在 炉 内, 从 常 温 开 始 加 热, 每 15min 升 高 20ºF, 一 直 到 略 高 于 150ºF 为 止, 并 保 温 2h, 然 后 用 同 样 的 方 法 降 低 炉 温 10. 上 盘 用 低 熔 点 的 蜡 ( 按 重 量 计 是 三 份 松 香 三 份 蜂 蜡 和 两 份 地 蜡 ) 将 晶 体 粘 结 在 夹 具 上, 最 好 在 夹 具 与 工 件 间 垫 几 层 纸 以 增 加 蜡 的 厚 度 在 烘 箱 内 慢 慢 地 加 热 金 属 夹 具 到 略 低 于 150ºF 注 意 : 上 盘 时 不 要 用 手 直 接 接 触 晶 体, 应 用 手 巾 纸, 或 戴 棉 手 套 操 作 把 零 件 放 入 常 温 的 烘 箱 内, 每 15min 升 温 20ºF 直 到 150ºF 为 止, 然 后 在 零 件 上 均 匀 地 涂 以 低 熔 点 的 蜡, 再 放 上 两 张 透 镜 纸 ( 见 8.6 节 ), 在 热 的 夹 具 上 涂 软 蜡 后 放 上 零 件 这 一 道 工 序 是 在 一 块 木 板 上 进 行 的, 并 用 加 热 的 毛 巾 纸 保 存 零 件 上 盘 完 成 以 后 放 入 烘 箱 内, 每 20min 降 温 一 次, 直 到 室 温 为 止 定 中 时 常 常 要 移 动 晶 体, 因 而 需 要 迅 速 地 加 热 铜 夹 具 但 不 允 许 火 焰 接 触 到 晶 体 材 料 当 零 件 还 不 太 热 时 就 可 以 移 动 定 中 该 过 程 对 所 有 晶 体 例 如 氟 化 锂 氟 化 钡 和 氟 化 钙 氯 化 铊 氯 化 银 等 及 其 它 的 氯 化 物 均 相 同 要 从 这 种 粘 结 的 组 件 中 拆 下 零 件, 可 以 重 复 进 行 前 述 的 操 作, 但 不 能 用 鎯 头 敲 击 铜 夹 具 而 取 下 零 件 加 工 棱 镜 时, 可 以 把 两 只 棱 镜 毛 坯 粘 在 一 起 ( 用 前 面 讲 过 的 蜡 ), 以 减 少 边 缘 的 翘 曲 及 由 畸 变 而 引 起 的 面 形 起 伏 11. 铣 削 如 果 采 取 一 定 的 预 防 措 施, 则 这 些 材 料 均 可 以 用 280 号 金 刚 石 磨 轮 铣 削 成 型 用 钢 丝 刷 子 清 除, 加 工 过 程 中 嵌 在 磨 轮 上 的 软 质 材 料, 并 用 软 性 刚 玉 棒 将 磨 轮 修 整 在 只 有 0.01in 或 0.25mm 的 切 削 余 量 时, 一 次 却 削 后 要 使 晶 体 空 转 10s, 用 冷 却 剂 冷 却 晶 体, 同 时 还 可 冲 掉 磨 轮 上 的 一 些 晶 粒 一 般 情 况 下 使 用 220 号 金 刚 石 磨 轮 加 工 12. 钻 孔 和 机 械 加 工 按 照 第 三 节 中 所 介 绍 的 工 序 将 窗 玻 璃 粘 在 晶 体 平 板 的 上 下 两 个 面 上, 则 可 以 用 金 刚 钻 实 现 空 心 钻 孔, 但 要 用 非 常 轻 的 压 力 钻 通 晶 体, 才 能 成 功 可 以 用 传 统 方 法 和 车 床 对 钻 孔, 但 是 操 作 必 须 十 分 仔 细 复 合 晶 体 KRS 5 钻 孔 时 要 用 大 量 肥 皂 水 或 铣 磨 冷 却 液, 钻 头 必 须 有 一 个 60 度 倾 角 与 一 定 的 留 隙 外 圆 加 工 晶 体 表 面 时, 车 床 以 每 分 钟 大 约 1000 转 的 转 速 旋 转, 尤 其 是 KRS 5 晶 体, 完 全 可 以 达 到 镜 面 的 要 求 亦 可 以 用 车 床 加 工, 但 由 于 这 种 晶 体 溶 解 于 冷 却 剂, 因 而 不 能 在 氯 化 银 晶 体 切 削 工 具 上 喷 射 冷 却 剂 软 质 晶 体 可 以 用 一 只 锋 利 的 钻 头 以 300r/min 转 速 和 非 常 慢 的 进 给 量 进 行 钻 孔 这 类 机 器 加 工 都 必 须 在 如 前 所 述 的 细 磨 与 退 火 之 前 进 行 13. 研 磨 因 为 许 多 晶 体 材 料 例 如 氯 化 银 晶 体 都 与 铸 铁 起 反 应 晶 体 的 研 磨 ( 包 括 粗 磨 和 细 磨 ) 一 般 用 120 号 刚 玉 磨 料 与 玻 璃 模, 此 外 游 离 的 银 元 素 嵌 入 材 料, 而 且 还 会 出 现 一 种 难 闻 的 气 味, 所 以 大 多 数 情 况 下 应 用 Joy 或 Dreft 溶 液 作 润 滑 剂 分 子 呈 片 板 层 取 向 ( 如 云 母 那 样 ) 的 晶 体, 不 能 施 予 太 大 的 外 力, 否 则 金 刚 砂 在 铸 铁 模 上 会 产 生 深 深 嵌 进 的 裂 痕 而 形 成 与 焊 缝 一 样 的 凸 点 为 了 得 到 无 切 削 应 力 的 研 磨 表 面, 研 磨 时 必 须 轻 轻 加 压 与 速 度 缓 慢 一 次 磨 损 量 不 要 太 多, 最 好 在 整 个 加 工 表 面 内 按 W 形 或 椭 圆 形 的 动 程 运 动 选 用 以 前 介 绍 的 几 种 方 法 中 的 一 种 方 法 经 常 检 验 两 个 表 面 间 的 平 行 度 第 105 页

133 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 在 凸 四 个 光 圈 的 平 模 上, 用 50 号 ~145 号 刚 玉 磨 料 细 磨 是 制 作 微 凹 零 件 的 好 方 法 检 验 面 形 质 量 时, 可 将 一 块 小 的 光 学 平 晶 放 在 该 细 磨 面 上, 在 单 色 光 照 明 下 以 掠 射 方 法 观 察 条 纹 14. 操 作 体 会 细 磨 时 只 能 用 轻 微 的 压 力, 否 则 95 号 或 50 号 刚 玉 磨 料 将 会 粘 住 或 咬 住 磨 模, 这 样 就 不 得 不 用 刀 片 插 在 晶 体 的 倒 角 处, 用 小 头 轻 击 刀 片, 然 后 从 磨 模 上 取 下 晶 体 L 如 果 细 磨 修 整 得 不 好, 就 难 以 用 手 工 或 机 械 抛 光 来 校 正 如 果 导 块 是 由 同 样 晶 体 材 料 上 切 割 下 来 的, 则 可 用 它 来 保 护 工 件 以 加 速 后 道 工 序 的 研 磨 ( 需 要 大 倒 边 ) 和 抛 光 ( 采 用 胶 合 晶 体 零 件 中 已 提 及 的 低 熔 点 蜡 来 粘 结 ) 利 用 金 刚 石 磨 轮 低 速 切 割 晶 体 在 工 业 上 还 是 一 项 新 的 技 术 一 家 英 国 的 金 属 研 究 有 限 公 司 (Metais Research Ltd) 用 Melbourn 工 艺 方 法 生 产 晶 体 并 出 售 低 速 切 割 薄 片 的 MacrootomII 内 圆 切 割 机 及 Microslice 内 圆 锯 片 ( 他 们 在 美 国 的 子 公 司 是 图 象 分 析 计 算 中 心 ) 这 种 晶 体 切 片 方 法, 使 晶 体 内 产 生 较 少 的 应 力 和 硬 化 区 细 磨 或 抛 光 另 一 个 表 面 时, 要 将 所 有 已 细 磨 过 的 表 面 用 胶 带 纸 或 光 学 保 护 漆 保 护 好 因 为 手 指 的 湿 汽 会 腐 蚀 这 些 表 面, 并 且 指 甲 也 可 能 刮 伤 表 面 如 果 能 对 所 有 的 晶 体 例 如 铊 (KRS 5) 三 硫 化 砷 氯 化 银 碘 化 钠 或 氯 化 钠 等 实 现 这 些 操 作 要 点 的 话, 则 操 作 者 似 乎 没 有 什 么 问 题 再 需 要 解 决 了 不 过, 最 好 对 晶 体 事 先 作 少 量 试 抛 光 15. 氯 化 银 要 大 量 生 产 氯 化 银 透 镜 或 棱 镜 时, 可 以 用 抛 光 的 金 属 模 具 以 达 到 优 等 面 形, 并 先 进 行 少 量 试 验 当 然 也 可 以 把 氯 化 银 研 磨 和 抛 光 成 适 当 的 形 状 用 常 规 的 方 法 将 晶 体 锯 切 成 平 面 窗 片 和 球 面 零 件, 最 好 在 玻 璃 模 上 用 刚 玉 砂 悬 浮 液 加 工, 并 用 肥 皂 水 作 为 润 滑 剂 由 于 砂 粒 可 能 嵌 入 这 类 塑 性 材 料 中, 所 以 要 用 最 粗 的 225 号 砂 研 磨 并 缓 慢 进 行 由 于 这 种 材 料 对 光 敏 感, 所 以 细 磨 的 最 后 阶 段 应 在 弱 光 全 黑 或 将 晶 体 染 成 紫 色 进 行 加 工 在 蜂 窝 壮 蜂 蜡 盘 上 覆 盖 熔 点 为 140F 的 沥 青 胶 进 行 最 佳 抛 光 ( 见 图 17.4) 必 须 注 意 沥 青 不 能 过 热, 以 免 使 蜂 蜡 的 蜂 窝 表 面 结 构 熔 化 正 确 的 温 度 是 使 抛 光 模 热 到 还 可 以 用 手 指 触 摸 担 又 不 使 沥 青 粘 手 在 微 热 的 沥 青 胶 上 用 涂 有 肥 皂 水 的 压 板 将 蜂 窝 结 构 压 平 整 抛 光 模 表 面 带 有 小 手 指 宽 度 的 锯 齿 状 方 格 槽, 抛 光 模 直 径 为 154mm 抛 光 晶 体 以 前, 抛 光 模 必 须 用 平 整 而 清 洗 的 玻 璃 模 压 平, 并 用 LindeB 与 普 通 照 相 用 的 硫 酸 钠 的 混 合 溶 液 浸 湿 压 模 LindeB 的 配 制 比 例 是 四 份 溶 液 和 一 份 抛 光 粉, 用 压 模 将 抛 光 模 压 制 成 微 凹 的 形 状 小 抛 光 模 的 抛 光 动 程 为 Z 字 形 或 W 形, 而 且 必 须 是 在 弱 光 或 全 黑 的 暗 房 中 加 工 在 暗 房 中 抛 光 实 际 上 可 以 间 断 地 使 用 红 色 的 暗 房 灯 操 作 者 必 须 每 隔 十 二 个 左 右 的 抛 光 动 程 之 后 加 几 滴 硫 代 硫 酸 钠 溶 液 乙 醇 中 加 20%( 按 体 积 计 算 ) 丁 基 胺 制 成 的 悬 浮 液 可 以 代 替 硫 代 硫 酸 钠 溶 液 这 样, 就 发 生 两 种 作 用 : 晶 体 及 嵌 入 的 Linde 粉 的 溶 蚀 作 用 以 及 干 晶 体 的 抛 光 作 用 在 洗 涤 水 溶 液 中 洗 净 晶 体, 然 后 用 透 镜 纸 吸 干, 决 不 能 擦 干 必 须 清 除 倒 角 周 围 存 在 的 银 状 沉 淀 物, 以 免 产 生 划 痕 注 意! 所 有 研 磨 与 抛 光 过 的 表 面 必 须 用 202 胶 带 纸 (3M) 保 护 起 来, 否 则 沾 有 硫 代 硫 酸 钠 的 手 指 接 触 表 面 后, 会 使 表 面 沾 污 并 出 现 麻 点 16. 磷 化 砷 和 三 硫 化 砷 这 类 晶 体 的 研 磨 和 抛 光 过 程 与 一 般 光 学 工 艺 类 似 由 于 其 热 膨 胀 喜 数 故 能 承 受 小 的 热 冲 击 必 须 所 有 的 零 件 重 新 退 火 烘 箱 从 室 温 开 始 每 20min 升 一 次 温 度, 直 到 180ºF 为 止, 并 保 温 12h, 第 106 页

134 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 然 后 用 类 似 的 规 范 降 至 室 温 退 火 后, 为 上 盘 细 磨, 将 平 板 窗 片 及 其 它 零 件 在 水 中 加 热 到 118F, 以 达 到 低 溶 点 蜡 的 溶 化 温 度 零 件 应 搁 置 在 金 属 网 的 线 架 上, 而 决 不 能 直 接 放 在 容 器 上 铣 磨 或 研 磨 成 型 后, 每 次 取 出 一 个 零 件, 揩 干 后 直 接 装 入 加 热 到 110ºF 的 金 属 夹 具 中 然 后 在 每 件 工 件 上 均 匀 地 涂 上 低 熔 点 蜡 注 意 已 加 热 的 零 件 在 毛 巾 纸 上 操 作 时 不 可 以 再 碰 到 水 这 类 晶 体 的 研 磨 速 度 约 比 玻 璃 快 一 倍 由 于 质 地 十 分 软, 如 果 处 理 不 当 会 有 划 伤 通 常 用 玻 璃 模 和 比 225 号 刚 玉 粉 细 的 金 刚 砂 研 磨 如 果 研 磨 时 使 用 铸 铁 模 会 产 生 一 股 难 闻 的 气 味, 为 此 可 放 在 洗 涤 水 中 清 洗, 并 用 干 净 的 毛 巾 擦 干 所 有 边 缘 的 倒 角 应 磨 得 大 一 些, 并 在 细 磨 前 在 平 的 呢 布 抛 光 模 上 加 上 氧 化 铈 进 行 粗 抛 光 17 抛 光 蜡 抛 光 模 的 制 作 将 在 第 1 章 17 节 中 介 绍 经 80h 碾 碎 后 的 氧 化 铈 溶 解 于 5% 的 碳 酸 氢 钠 水 溶 液 中 形 成 的 抛 光 液 有 良 好 的 使 用 性 能, 亦 能 用 类 似 的 配 比 采 用 用 柔 软 的 毛 毡 可 以 抛 光 到 样 板 所 要 求 的 加 工 质 量 该 公 司 提 供 的 另 一 种 沥 青 胶 是 450 号 抛 光 沥 青 胶, 它 由 两 份 沥 青 和 一 份 蜂 蜡 ( 重 量 比 ) 配 成 如 果 使 这 种 抛 光 模 保 持 润 湿 壮 态, 则 能 够 在 10~20min 内 生 产 出 供 干 涉 仪 上 使 用 的 光 学 元 件 的 表 面 质 量 抛 光 后 零 件 下 盘 前 应 在 一 个 真 空 的 烘 箱 内 加 热, 使 零 件 表 面 不 会 因 空 气 的 作 用 而 失 去 光 泽 接 着 按 照 己 介 绍 过 的 退 火 工 艺 规 程 处 理 唯 一 的 差 别 是 一 旦 达 到 蜂 蜡 的 熔 化 温 度 就 可 拿 下 零 件 当 零 件 恢 复 到 室 温 之 后 再 以 烘 箱 中 取 出, 首 先 在 二 甲 苯 中 清 洗, 然 后 在 一 种 洗 涤 水 溶 液 中 清 洗, 最 后 用 毛 巾 轻 轻 吸 干 而 不 能 揩 擦 18 磨 边 如 果 晶 体 透 镜 在 加 工 时 一 直 用 三 点 支 承 夹 具 ( 见 图 17.1), 仔 细 地 保 持 着 平 行 性, 就 可 以 磨 边 把 冷 却 的 零 件 放 在 调 整 好 的 黄 铜 夹 具 里, 透 镜 表 面 与 夹 具 承 垫 之 间 放 两 张 透 镜 纸 用 斯 特 雷 斯 巴 定 心 夹 具 十, 用 本 生 灯 均 匀 缓 慢 地 加 热 主 轴 上 的 黄 铜 夹 具, 使 夹 具 上 的 蜡 加 热 到 熔 点 百 分 表 的 表 头 上 粘 有 胶 带 纸, 以 防 止 热 波 动 时 透 镜 走 动 而 划 伤 抛 光 表 面 因 为 晶 体 的 磨 屑 会 阻 塞 磨 轮, 故 宜 用 慢 速 磨 边 如 上 所 述 的 4 号 红 外 晶 体 ( 硒 化 锌 ) 经 常 发 生 析 晶 现 象 而 使 抛 光 表 面 划 伤 或 划 出 道 子 这 种 现 象 是 永 远 不 可 能 预 测 的, 唯 一 办 法 只 能 用 连 续 的 抛 光 来 除 去 析 晶 的 斑 点 19. 硅 和 锗 这 类 晶 体 的 研 磨 与 抛 光 工 序 与 冕 牌 玻 璃 相 似, 还 没 有 想 出 其 他 的 特 殊 的 方 法 加 工 抛 光 可 用 布 或 沥 青 胶 加 上 LindeA 和 碳 酸 钠 水 溶 液 进 行 与 抛 光 红 外 晶 体 一 样 抛 光 硅 时 要 使 用 类 似 的 蜡 模 但 蜡 模 中 必 须 加 入 研 磨 的 非 常 细 的 Agroshell 或 核 桃 壳 一 般 碎 核 桃 壳 与 沥 青 胶 1:1 混 合, 但 由 于 会 产 生 泡 沫, 必 须 在 熔 化 的 沥 青 胶 中 慢 慢 地 加 入 核 桃 壳 抛 光 硅 时 速 度 要 缓 慢, 故 不 能 附 加 重 量 通 常, 晶 体 抛 光 的 沥 青 抛 光 模 要 保 持 柔 软 性, 但 又 不 致 于 自 由 地 流 动 手 工 抛 光 模 一 般 需 要 加 胡 桃 壳 ( 见 第 三 章 ) 用 沥 青 模 抛 修 硅 和 锗 晶 体 的 表 面 选 用 X OX 抛 光 粉 20. 金 属 的 研 磨 与 抛 光 如 同 晶 体 一 样, 在 许 多 领 域 里 也 使 用 不 同 类 型 的 软 金 属 和 硬 金 属 在 导 弹 光 学 系 统 中 金 属 表 面 与 玻 璃 表 面 必 须 研 配 良 好, 以 便 多 次 承 受 重 力 的 冲 击 用 经 精 密 研 磨 的 金 属 模 具 或 玻 璃 模 具 研 磨 透 镜 时, 时 常 发 现 金 属 夹 具 的 边 缘 产 生 粗 抛 光 的 效 果 这 是 为 了 达 到 要 求 的 曲 率 半 径 干 研 磨 金 属 夹 具 的 边 缘 引 起 的 如 果 要 消 除 金 属 圆 环 夹 具 ( 反 射 面 ) 的 楔 角, 必 须 用 金 刚 石 微 粉 第 107 页

135 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 在 开 有 小 方 格 槽 的 铸 铁 或 铜 铝 研 磨 模 上 研 磨 该 方 法 类 似 于 在 有 固 定 椿 的 抛 光 模 上 用 手 工 抛 光 平 面 在 均 匀 涂 布 润 滑 油 的 研 磨 模 上 换 用 各 种 不 同 粒 度 的 金 刚 石 微 粉, 最 后 用 精 制 的 金 刚 石 粉 抛 光 研 磨 表 面 时, 每 道 砂 磨 完 后 都 要 进 行 清 洁 工 作 用 三 块 平 板 使 研 磨 模 保 持 平 面 性, 依 次 将 N0.1 平 板 在 N0.2 平 板 上 研 磨,N0.2 在 N0.3 上 和 N0.3 在 N0.1 上 研 磨, 以 145 号 刚 玉 粉 与 煤 油 作 研 磨 液 并 用 一 把 精 密 的 刀 口 尺 检 验 平 面 性 用 这 种 方 法 研 磨 出 的 2in 大 小 的 铝 和 铟 钢 平 面, 达 到 了 镜 面 的 粗 糙 度 21. 软 金 属 与 硬 金 属 的 机 械 研 磨 加 工 大 口 径 的 平 面 与 球 面 工 件 需 用 特 殊 的 工 艺 方 法 用 这 种 方 法 修 磨 8m 的 不 锈 钢 和 铝 平 面 工 件 已 获 得 了 良 好 的 象 质 Ramsom 物 理 实 验 室 ( 洛 杉 矶 ) 制 出 了 许 多 金 属 光 学 零 件, 例 如 加 工 直 径 1m f/1.6 的 抛 物 面 和 椭 圆 面 达 到 了 弥 散 圆 为 10mm 的 象 质 同 时 也 加 工 出 了 用 不 锈 钢 制 造 的 直 径 为 3m 短 焦 比 的 离 轴 抛 物 面 镜 在 成 型 与 研 磨 金 属 零 件 的 各 种 方 法 中 都 要 用 立 式 车 床 大 型 立 式 车 床 车 刀 的 切 削 一 般 用 穿 孔 纸 带 操 纵, 有 几 种 方 法 进 行 初 步 研 磨 柯 克 (Cooke) 法 是 用 磁 带 控 制 狭 条 的 砂 带, 雷 姆 逊 (Ramsom) 法 是 将 600 号 碳 化 硅 磨 条 胶 到 圆 形 海 棉 橡 皮 垫 上 进 行 研 磨, 但 海 棉 橡 皮 垫 不 能 大 于 工 件 直 径 的 1/20 粗 磨 或 精 磨 时, 工 件 作 慢 速 旋 转, 摆 动 的 液 压 臂 带 动 挠 性 研 磨 工 具 最 粗 的 碳 化 硅 研 磨 工 具 通 常 用 220 号 粒 度 的, 最 细 时 用 600 号 粒 度 的 抛 光 时 可 以 用 带 有 蜂 窝 状 衬 底 或 者 在 海 绵 橡 皮 上 浇 上 硬 沥 青 制 成 的 挠 性 抛 光 模 用 类 似 方 法 可 进 行 光 学 修 磨 在 抛 修 f/0.16 抛 物 面 的 过 程 中, 中 心 带 区 顶 点 的 急 速 变 化 是 最 大 的 问 题 为 了 提 高 铝 表 面 的 反 射 率 而 需 要 镀 镍 所 有 修 磨 过 的 表 面 必 须 重 新 细 磨 抛 光 并 抛 修 到 最 后 的 公 差 要 求 不 锈 钢 零 件 只 要 在 沥 青 抛 光 模 上 用 LindeC 作 粗 抛 光, 然 后 用 LindeA 精 抛 光 即 可 Linde 抛 光 粉 也 用 于 中 等 硬 度 金 属 材 料 例 如 铍 金 属 的 抛 光 22 铜 与 铜 合 金 在 高 能 红 外 激 光 器 中 用 铜 与 铜 合 金 作 基 质 材 料 对 12in 大 小 的 圆 盘 用 浴 室 硬 瓷 砖 做 的 平 面 瓷 砖 模 具 修 磨 到 了 优 于 2 个 泼 长 的 表 面 质 量 粗 研 磨 过 的 表 面 应 在 抛 光 前 经 常 用 硝 酸 作 酸 蚀 处 理, 以 消 除 应 力 及 嵌 进 铜 表 面 的 砂 粒 研 磨 时 主 要 用 美 国 光 学 公 司 制 造 的 3021/2 和 3031/2 较 软 天 然 金 刚 砂 用 将 抛 光 液 反 复 加 到 蜡 抛 光 模 上 的 勺 式 进 料 法 抛 光, 可 获 得 优 于 两 个 波 长 的 面 形 质 量 某 些 铍 铜 平 面 曾 修 磨 到 了 1/4 波 长 LindeA 抛 光 粉 在 工 作 过 程 中 不 断 地 被 研 细, 同 时 以 5% 的 碳 酸 氢 钠 熔 液 作 为 润 滑 剂 许 多 公 司 优 先 采 用 勺 式 进 料 抛 光 法 抛 光 晶 体, 促 使 抛 光 机 实 现 自 动 化 23 红 宝 石 蓝 宝 石 铌 酸 锂 和 硫 化 物 用 于 导 弹 及 高 能 激 光 器 中 9in 大 小 的 蓝 宝 石 窗 激 光 棒 和 透 镜 等 硬 质 晶 体 零 件, 在 快 速 旋 转 的 铸 铁 平 模 上 金 刚 石 微 粉 和 油 或 油 脂 研 磨, 用 锡 铅 软 盘 抛 光 即 可 得 到 最 佳 的 研 磨 与 抛 光 效 果 24 操 作 步 骤 金 刚 石 粗 铣 加 工 后 的 晶 体 零 件 用 醋 酸 纤 维 素 或 粘 结 胶 胶 到 夹 具 胶 按 重 量 比 为 六 份 虫 胶 和 三 份 油 ), 用 玻 璃 加 工 的 常 规 方 法 铣 磨 与 磨 边 这 些 晶 体 零 件 1) 用 大 的 本 生 灯 加 熱 夹 具, 取 下 零 件 用 丙 酮 易 于 除 去 夹 具 上 的 胶 2) 加 热 零 件, 使 之 把 它 胶 到 平 面 或 球 面 金 属 粘 结 模 上 3) 用 铸 铁 球 模 倒 角 4) 用 6 号 金 刚 石 粉 (Orange Elgin) 和 90º 胶 木 角 模 粗 抛 倒 角 面 第 108 页

136 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 三 块 铸 铁 模 中 的 一 块 用 于 粗 磨 (45 号 ~51 号 Elgin 金 刚 石 微 粉 ) 开 始 时 用 45 号 微 粉 在 研 磨 模 上 磨 0 5in 左 右, 然 后 在 整 个 表 面 上 薄 薄 地 涂 一 层 研 磨 粉 用 40r/min 偏 心 臂 摆 速 并 加 5eb 压 重 主 轴 以 此 60r/min 的 转 速 进 行 研 磨 按 需 要 稀 释 喷 射 液, 但 不 能 使 研 磨 液 过 于 稀 薄, 否 则 会 出 现 划 痕 停 下 机 器, 从 研 磨 模 上 取 下 工 件, 用 手 指 括 集 研 磨 模 四 周 的 金 刚 石 粉 並 均 匀 涂 布 在 整 个 研 磨 模 上, 再 用 前 面 所 述 方 法 研 磨 当 只 剩 下 很 少 的 金 刚 石 粉 时, 才 能 加 入 新 的 金 刚 石 粉 用 这 种 45 号 金 刚 石 粉 磨 掉 铣 磨 机 的 铣 磨 纹 路 及 其 它 疵 病 在 第 二 块 铸 铁 模 上 用 30 号 Elgin 微 粉 除 去 30 号 微 粉 所 留 下 的 麻 点 用 洗 涤 剂 和 温 水 清 洗 研 磨 模, 并 作 好 将 来 再 使 用 这 套 研 磨 模 时 的 先 后 次 序 标 记 25 抛 光 需 要 三 块 锡 铅 抛 光 模, 锡 铅 抛 光 模 一 般 的 比 例 是 二 份 铅 一 份 锡 ( 按 体 积 比 ) 某 些 市 场 供 应 的 焊 锡 料 也 用 这 样 的 配 方, 但 制 造 这 种 严 格 要 求 的 抛 光 模 一 般 说 来 不 是 操 作 者 的 任 务 用 光 学 平 晶 或 样 板 检 验 表 面 时, 其 平 面 性 要 优 于 四 个 波 长 因 为 抛 光 模 表 面 相 当 亮, 为 观 察 条 纹 应 将 平 晶 上 45/45 的 部 分 反 射 铅 膜, 按 常 规 检 验 以 后, 再 用 强 碱 液 (NaoH) 除 掉 这 层 薄 膜 各 种 粒 度 的 微 粉 均 用 一 个 抛 光 模 可 以 发 现, 中 等 粒 度 的 金 刚 石 抛 光 粉 光 是 最 佳 的 用 刀 片 将 抛 光 模 开 出 细 槽 线, 槽 线 的 图 形 是 无 关 紧 要 的, 因 为 各 种 图 形 均 能 得 到 同 样 的 结 果 槽 线 间 的 宽 度 约 5 指 甲 的 宽 度 相 当 检 验 三 块 锡 铅 抛 光 模, 找 出 用 样 板 检 验 时 光 圈 最 多 的 一 块, 记 作 1 号, 光 圈 居 中 的 记 为 2 号, 光 圈 最 少 的 一 块 抛 光 模 记 为 3 号 在 1 号 抛 光 模 上 滴 上 几 滴 20 号 马 达 油, 用 牙 签 从 9 号 瓶 内 ( 纽 约, 美 国 工 业 金 刚 石 公 司 生 产 的 6-12 金 刚 石 微 粉 ) 取 出 少 量 微 粉 与 20 号 马 达 油 混 合 用 手 指 在 整 个 抛 光 模 上 按 圆 形 涂 布, 使 混 合 液 均 匀 分 布 抛 光 时 加 上 15lb 重 量, 机 器 运 转 一 段 时 间 以 后, 再 滴 1~2 滴 20 号 油 若 要 加 更 多 的 油 时, 应 关 上 机 器, 将 抛 光 模 四 周 的 金 刚 石 括 集 起 来 並 再 均 匀 地 涂 布 上, 而 有 时 只 加 少 许 能 反 复 使 用 的 软 性 油 脂 用 油 脂 代 替 油 可 以 使 金 刚 石 微 粉 保 留 在 抛 光 模 上 最 后 从 机 器 上 取 下 工 件, 检 验 表 面 ( 用 温 水 和 洗 涤 剂 清 洗 油 脂 ) 表 面 应 该 是 粗 抛 光 的, 但 是 仍 会 有 一 些 划 痕 如 果 划 痕 不 深, 则 暂 不 处 理, 可 以 在 下 一 道 抛 光 工 序 中 除 去 下 一 道 抛 光 用 6 号 微 粉 ( 粒 度 为 4~8um), 重 复 第 三 条 所 述 的 操 作 步 骤 用 温 水 和 洗 涤 剂 使 用 硬 刷 擦 洗 抛 光 模 当 用 3 号 微 粉 ( 粒 度 为 1~5um) 抛 光 时 可 再 使 用 这 只 抛 光 模 完 成 第 一 二 步 骤 后, 用 样 板 检 验 面 形 质 量, 决 定 是 否 达 到 精 度 要 求 改 变 零 件 与 抛 光 模 的 上 下 位 置 及 劫 程 大 小 可 以 使 精 度 得 到 一 定 程 度 的 控 制 ( 见 第 十 六 章 ) 平 面 工 件 放 在 上 面 加 工 时, 平 面 趋 于 变 凹 ; 反 之, 则 趋 于 变 凸 第 三 块 抛 光 模 用 1 号 混 合 微 粉 並 用 手 抓 住 加 工 抛 光 模 实 际 上 放 在 转 速 为 1750r/min 的 马 达 上, 用 膝 盖 或 足 踏 开 关 控 制 由 于 压 力 的 作 用 使 工 件 被 吸 附 在 抛 光 模 上, 一 直 到 抛 光 模 磨 干 为 止, 然 后 在 抛 光 模 上 加 油 酯, 重 复 上 述 操 作, 直 到 表 面 磨 平 为 止 在 温 热 的 洗 涤 水 中 清 洗 工 件, 并 用 样 检 验, 如 果 工 件 太 凹, 则 将 工 件 移 进 抛 光 模 中 心 ; 反 之, 工 件 移 向 抛 光 模 的 边 缘 工 件 表 面 应 呈 浅 蓝 色 并 且 是 光 亮 的 表 面 疵 病 用 1/2 号 微 粉 除 去 并 用 刷 子 和 洗 涤 水 清 洗 完 工 的 表 面 应 光 泽 铮 亮, 但 具 有 细 的 亮 道 子 而 无 划 痕 26 总 结 抛 光 倒 角 面 是 重 要 的, 它 能 使 研 磨 抛 光 过 程 中 晶 体 材 料 不 会 破 边 因 为 最 后 的 抛 光 阶 段 要 产 生 高 温, 所 以 必 须 用 高 熔 点 的 粘 结 剂 ( 醋 酸 纤 维 素 或 虫 胶 ) 将 晶 体 粘 结 在 夹 具 上 27. 加 工 硬 质 晶 体 的 环 氧 树 酯 法 为 了 加 工 精 密 的 透 镜 零 件, 用 掺 入 95 号 刚 玉 磨 料 的 环 氧 树 酯 粉 制 作 成 球 面, 固 化 以 后 将 球 面 按 要 求 精 密 研 磨 显 然, 用 传 统 的 上 下 交 换 方 法 很 难 改 变 金 属 模 具 的 曲 率 半 径, 而 预 制 的 第 109 页

137 第 十 七 章 用 硬 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 陶 瓷 模 具 与 玻 璃 模 一 样 用 于 加 工 下 面 所 列 的 数 据 用 来 说 明 研 磨 与 抛 光 时 所 用 的 球 面 抛 光 模 的 制 作 方 法 28. 抛 光 模 材 料 的 制 作 1). 环 氧 树 酯 :828 号 :Shell 化 学 公 司, 纽 约 2) 催 化 剂 :DTA 或 D 3) 95 号 刚 五 磨 料, 纸 筒 封 装 制 作 步 骤 :A 用 八 份 ( 按 重 量 比 ) 环 氧 树 酯 和 一 份 DTA 或 D 固 化 剂 B 称 取 要 求 数 量 的 环 氧 树 酯, 並 混 入 一 定 量 的 95 号 微 粉 混 入 的 微 粉 要 使 得 环 氧 树 酯 混 合 物 不 要 变 得 太 稠 以 致 不 能 浇 注 C 加 入 固 化 剂 DTA 或 D D 用 胶 带 纸 密 封 两 只 纸 筒 的 一 端, 以 便 做 好 6 只 抛 光 模 之 用 的 胶 E 将 混 合 物 倒 入 纸 筒, 再 在 烘 箱 里 烘 烤 2~8h, 时 间 长 短 由 快 速 固 化 剂 DTA 而 定 烘 箱 温 度 应 由 室 温 逐 步 提 高 到 150~200ºF f 环 氧 树 酯 充 分 固 化 冷 却 后, 从 烘 箱 中 取 出, 并 从 浇 注 件 上 除 去 纸 封, 然 后 锯 成 6 片 29 铣 磨 与 磨 圆 有 关 晶 体 的 铣 磨 磨 圆 及 研 磨 抛 光 用 的 环 氧 树 酯 球 面 模 已 在 几 处 进 行 了 讨 论 ( 见 第 十 六 章 ) 晶 体 铣 磨 和 磨 圆 时 不 应 高 温 熔 点 蜡 30 细 磨 与 抛 光 不 采 用 与 晶 体 曲 率 半 径 相 反 的 金 属 模 具 来 固 定 晶 体 表 面, 而 是 用 高 温 上 盘 胶 ( 按 重 量 比 : 六 份 虫 胶 三 份 松 香 沥 青 ) 粘 结 晶 体 零 件 注 意 : 不 要 使 晶 体 与 夹 具 组 合 的 镜 盘 太 高 在 研 磨 或 抛 光 过 程 中, 模 具 均 要 分 开 使 用 因 为 模 具 的 转 速 高 (1750r/min) 就 会 发 热, 所 以 需 勤 加 磨 料 液 用 手 抓 住 工 件 高 速 加 工 所 有 小 口 径 (1.5in) 球 面 工 件, 加 工 期 间 应 始 终 保 持 良 好 的 接 触 抛 光 与 修 抛 时 间 通 常 为 3~4h, 在 修 改 光 圈 时, 用 调 速 马 达 有 組 与 达 到 样 板 检 验 的 精 度 加 工 小 口 径 平 面 工 件 可 用 类 似 方 法 进 行 用 第 二 块 环 氧 树 酯 磨 具, 按 传 统 调 换 上 下 位 置 的 方 法 研 磨 抛 光 环 氧 树 酯 平 板, 以 保 持 凸 的 面 形 环 氧 树 酯 球 面 模 具 优 于 铸 铁 加 工 的 模 具 或 铅 锡 合 金 抛 光 模 因 为 这 种 模 具 比 较 容 易 形 成 精 确 曲 率 半 径 的 球 面 30.l Hacker 仪 器 工 司 加 工 激 光 棒 的 该 工 司 发 表 了 适 用 于 激 光 与 其 它 晶 体 加 工 的 枝 术 操 作 与 应 用 要 点 细 则, 该 细 则 由 Hacker 仪 器 工 司 (P o Box 646Fairfield NJ 07006) 提 供 使 用 他 们 提 供 的 机 床 及 夹 具 制 造 这 类 零 件 时, 可 以 达 到 高 精 度 参 考 文 献 De Vany,A,S,et al,optical Shop Procedures and Theory Nortronics,Northrop Corporation,1955. Eastman Kodak Co.,Kodak lrtran lnfra-red Materials,Buiietin U-72,1971. Exotic Materials,W.loucks,privste communicstion,1965,costa esa,ca.harris,l.b Cieaving and Sawing Crystal elements, J.Phys.E, (1969). Holmes S.,Klugman,A.,and Kraatz,P. CopperMirrorurfaces for High Power Ir Lasers, Appl Opt., (1973 ). Horne,D.F. Dioptroc Substances in Oprical Production Technology,Crane Russak,New York,1972, pp Optovac,Inc., Optical Crystals, Bulletin 50,North Brookfield,MA,1971 Paul,H,E, Building a Birefringent Polarizing Monochromaror for Solar Prominences, in Amateur TelescopeMaking-Book Three,A,G,Ingalls,Ed Sci.Am., (1953). 第 110 页

138 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 从 光 学 工 司, 例 如 Optovac (North Brookfield,MA 01538) 工 司 及 Harshaw Chemical(6801 cochran Road,Colon,ohio 44139) 工 司 可 以 买 到 大 量 光 学 晶 体 Optovac 工 司 的 出 版 物 No50(1959) 叙 述 了 这 类 晶 体 的 加 工 枝 术, 例 如 CaF 2 MnF 2 BaF SrF LiF NaCL KCL KBr NaF CdF CdF PbF KRS-5 Csl, 激 光 晶 体 及 掺 铀 CaF 和 掺 镝 CaF 晶 体 本 章 从 该 出 版 物 中 选 取 了 很 多 技 术 资 料, 在 此 详 加 论 述 Exotic 材 料 公 司 (2968 Randoenh Ave,CostaMesa,CA92626) 是 制 造 的 厂 家 多 晶 硅 多 晶 锗 以 及 砷 化 镓 Koda Kertran 红 外 材 料 可 以 从 Eastman Kodak(901 Eemgrove Rd,Rochester,NY 14650) 等 处 获 得, 他 们 还 供 应 氟 化 镁 硫 化 锌 氟 化 钙 -72 的 Vrtran1-5 中 本 章 中 叙 述 的 许 多 光 学 技 术 一 部 分 是 从 这 本 优 秀 刊 物 中 选 取 的 至 于 日 益 增 加 的 晶 体 表 格 中 的 各 种 晶 体 的 命 名, 显 然 超 出 了 本 书 的 范 围 关 于 晶 体 材 料 光 学 加 工 的 更 详 细 的 资 料, 可 参 阅 D.F. 霍 恩 著 的 Optical Production Technology P546~547 页, 并 参 阅 Technology Manual and Application Notes (Hacher Jnstruments,Inc., Northfield, NJ07006) 1 晶 轴 旋 转 检 测 法 在 加 工 光 学 表 面 前 需 要 利 用 正 交 偏 振 片 来 检 验 一 些 晶 体 中 的 透 射 光 的 旋 转 轴 检 验 时 晶 体 的 各 个 端 面 预 先 用 120 号 金 刚 砂 研 磨, 并 用 加 拿 大 树 脂 胶 与 显 微 镜 波 片 粘 结 该 胶 合 体 必 须 按 预 定 的 中 心 用 清 漆 ( 透 明 漆 ) 粘 在 一 块 玻 璃 板 上 以 垂 直 于 光 轴 的 方 向 切 割 晶 体 并 在 一 个 转 动 的 万 向 架 上 摆 动, 使 其 在 需 要 时 能 够 处 于 晶 轴 的 倾 斜 位 置, 以 便 作 第 二 次 切 割 如 果 胶 合 体 逆 时 针 方 向 转 动 时 观 察 到 条 纹 向 内 移 动, 则 晶 体 是 左 旋 的 ; 如 图 所 示 条 纹 向 外 移 动, 在 是 右 旋 的 晶 体 ( 如 图 18.1 所 示 ) 该 装 置 见 斯 特 朗 (Strong) 所 著 Procedures in Experimented Physics 第 五 版 第 三 章 第 38 图 (Prentice-Hall, Englewood Cliffs,NT,1948) 图 18.1 检 验 天 然 石 英 方 解 石 激 光 晶 体 是 昂 贵 的, 在 切 割 以 前 必 须 知 道 它 们 的 旋 转 轴 和 同 类 光 学 晶 体 的 主 光 轴 方 向 切 割 时 用 一 台 万 向 旋 转 装 置 来 测 定 需 要 切 割 晶 体 的 轴 向 供 应 晶 体 的 商 行 通 常 提 供 劳 厄 (Laul) 晶 体 后 反 射 的 x 射 线 照 片, 以 表 示 晶 轴 的 方 向 天 然 石 英 和 方 解 石 (CaCO3) 晶 体 有 轴 的 旋 转 特 性 许 多 电 光 晶 体 必 须 预 先 确 定 轴 的 方 向 磷 化 镓 和 掺 铀 铌 酸 锂 晶 体 是 许 多 激 光 物 质 中 的 两 种 2 均 匀 性 检 验 象 所 有 透 射 系 统 一 样, 晶 体 均 匀 性 的 检 验 是 重 要 的 H. 索 尔 泽 曼 (Saljman) 在 在 Applied Optics, 9,1943~44(1940) 中 叙 述 了 一 种 简 单 的 测 量 晶 体 材 料 均 匀 性 的 干 涉 测 量 方 法 ( 罗 契 法 ) 图 18.2 说 明 罗 契 检 验 装 置 在 原 理 上 就 象 是 一 台 干 涉 仪 经 过 透 镜 的 一 束 准 直 性 很 好 的 光 束 被 分 成 横 向 剪 切 的 干 涉 条 纹 当 使 用 一 块 高 频 光 栅 与 发 散 的 光 锥 相 交 并 用 空 间 相 干 光 源 在 观 察 屏 上 观 察 罗 契 图 时, 如 果 观 察 到 的 是 一 组 等 距 直 条 图 18.2 用 折 射 率 匹 配 的 油, 将 晶 纹, 则 均 匀 性 是 优 等 的 大 多 数 情 况 下 横 向 剪 切 条 纹 体 试 样 的 粗 磨 表 面 与 显 微 镜 盖 玻 在 半 个 条 纹 以 内 并 可 能 会 有 些 象 散 由 供 货 商 提 供 的 片 湿 粘 在 一 起 进 行 均 匀 性 检 验 ( 注 天 然 石 英 和 方 解 石 往 往 是 一 些 无 法 切 割 和 研 磨 的 不 规 意 这 就 是 罗 契 检 验 装 置 ) 第 111 页

139 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 则 的 晶 块 天 然 晶 体 必 须 浸 入 1gal(1USgal=3.785dm 3 ) 容 积 的 玻 璃 缸 槽 中 进 行 检 验 槽 的 玻 璃 壁 应 事 先 在 正 交 偏 振 片 之 间 检 验 其 应 力 晶 体 放 入 加 热 的 浓 缩 草 酸 溶 液 中 以 清 除 其 上 的 氧 化 铁, 然 后 用 水 洗 涤 干 燥 后 全 部 浸 入 白 矿 油 或 20% 二 甲 苯 和 80% 乙 基 肉 桂 酸 盐 ( 按 体 积 ) 的 混 合 溶 液 中 最 好 把 晶 体 放 在 粗 的 铁 网 筛 上, 以 预 防 破 碎 把 一 个 明 亮 的 光 源 如 美 国 光 学 显 微 镜 的 照 明 系 统 汇 聚 在 浸 没 的 石 英 晶 体 上, 并 且 在 晶 体 缓 慢 旋 转 时 从 上 面 进 行 观 察 的 表 面 不 存 在 大 量 聚 集 的 条 纹 和 气 泡, 则 可 在 符 合 要 求 的 晶 体 的 两 个 端 面 上 切 割 薄 片 斯 特 朗 和 保 罗 (Paul) 提 出 了 定 向 石 英 晶 体 的 具 体 过 程 尤 其 是 保 罗 提 出 的 临 时 应 急 的 方 法 即 使 在 小 的 光 学 车 间 也 能 应 用 ( 详 见 Billiography 第 十 七 章 ) 本 节 对 几 种 可 用 来 检 验 光 学 晶 体 均 匀 性 的 方 法 进 行 了 讨 论 浸 液 检 验 法 提 出 的 是 不 用 锯 切 晶 体 的 一 种 均 匀 性 检 验 方 法 罗 契 法 是 一 种 用 220 号 金 刚 砂 研 磨 表 面 并 用 软 树 脂 胶 粘 结 显 微 镜 载 玻 片 上 的 一 种 简 易 的 均 匀 性 检 验 法 折 射 率 低 于 2.0 的 匹 配 油 可 在 市 场 上 买 到, 并 且 可 以 找 到 其 它 许 多 用 作 匹 配 液 的 液 体 3 晶 体 的 研 磨 与 抛 光 天 然 晶 体 和 人 工 晶 体 的 研 磨 和 抛 光 技 术 可 以 划 分 为 3 类 由 于 金 刚 石 晶 体 极 其 坚 硬, 必 须 在 高 速 旋 转 的 铸 铁 平 板 上 用 金 刚 石 研 磨 粉 研 磨 蓝 宝 石 ( 二 氧 化 硅 ) 和 许 多 激 光 晶 体 被 划 入 这 一 类, 它 们 要 用 金 属 抛 光 模 具 来 加 工 ; 任 何 一 种 类 型 到 石 英 均 可 用 常 规 的 玻 璃 研 磨 方 法 来 处 理 ; 第 三 类 软 晶 体 的 典 型 代 表 是 方 解 石 或 CaF2, 这 类 晶 体 或 半 晶 体 可 以 锯 切 成 粗 坯 在 研 磨 或 抛 光 之 前 可 以 用 上 述 三 种 方 法 之 一 制 成 光 学 零 件 毛 坯 3.1 劈 裂 法 许 多 立 方 晶 体, 例 如 金 刚 石 盐 NaCl 和 KCl 可 以 劈 裂 成 棱 镜 劈 裂 是 一 项 值 得 重 视 的 技 术, 它 象 光 胶 一 样 是 能 够 掌 握 的 一 旦 掌 握 了 这 项 技 术 就 可 以 从 大 块 晶 体 上 劈 裂 0.02in 的 薄 片 待 加 工 的 盐 块 放 在 涂 有 橡 胶 的 毛 毡 上 或 几 张 纸 上, 以 防 弄 破 盐 立 方 块 的 底 部 将 一 片 单 面 剃 须 刀 片 平 行 于 已 经 劈 开 的 断 面, 仔 细 地 放 在 晶 体 将 要 劈 开 的 地 方, 用 小 锤 迅 速 敲 击 切 割 工 具 ( 通 常 是 一 片 剃 须 刀 ) 如 果 敲 了 几 下 还 未 劈 裂, 则 要 移 动 切 割 刀 具, 重 新 放 在 新 的 位 置 上 再 做 一 次 尝 试 要 劈 开 一 个 平 滑 表 面 是 比 较 困 难 的 L.B. 哈 里 斯 设 计 了 一 架 剪 切 式 的 劈 裂 机 这 台 设 备 有 一 个 带 动 30 切 割 刀 片 的 杠 杆 机 构 和 一 个 可 以 将 轴 台 提 升 到 八 个 不 同 高 度 的 转 轴 盐 块 靠 着 一 个 金 属 档 块, 而 刀 片 的 基 座 放 在 橡 皮 上, 这 样 可 以 从 大 块 盐 上 分 裂 开 切 片 装 在 重 的 黄 铜 框 架 上 的 橡 皮 缓 冲 器, 可 以 防 止 框 架 撞 击 劈 裂 机 的 基 体 即 使 不 熟 练 的 工 人 使 用 这 种 型 式 的 劈 裂 机 也 可 以 几 乎 有 100% 的 可 靠 性, 并 且 对 各 种 不 同 尺 寸 的 盐 块 均 可 使 用 3.2 湿 的 线 切 割 法 哈 里 斯 也 讨 论 了 水 溶 性 晶 体 的 湿 的 线 切 割 法, 用 这 种 方 法 生 产 无 应 变 晶 体 若 用 其 他 方 法 切 割 晶 体 则 在 表 面 上 会 产 生 硬 化 层 且 难 以 用 细 磨 将 它 磨 掉 湿 线 切 割 法 是 基 于 带 锯 的 原 理 弦 线 是 直 径 0.1in 的 抗 晶 体 腐 蚀 的 镍 铬 合 金 线, 让 其 两 端 重 叠 0.1in 并 用 银 焊 接 银 不 直 接 加 热 而 是 在 不 锈 钢 线 上 使 其 过 热, 并 用 来 焊 接 镍 铬 合 金 丝 的 两 端, 线 的 长 度 一 般 为 9ft 晶 体 被 装 在 以 个 滑 动 的 工 作 台 上, 用 自 由 悬 挂 的 重 物 使 其 进 入 运 动 着 的 湿 线 湿 线 法 用 于 较 软 的 晶 体, 例 如 ADP KDP 和 KDDP 以 及 KCl KCL 和 CsI 如 果 运 动 着 的 线 携 带 着 由 碳 化 硅 或 金 刚 石 粉 末 组 成 的 湿 泥 浆, 则 线 锯 对 软 晶 体 和 硬 质 晶 体 材 料 均 可 使 用 Laser Technology 公 司 (North Hollywood, CA,9160) 制 造 的 一 种 线 锯 可 以 具 有 不 同 的 运 转 速 度, 以 适 应 较 硬 的 晶 体, 切 割 这 类 晶 体 的 速 度 应 较 慢, 以 免 在 研 磨 抛 光 过 程 中 因 应 力 释 放 而 出 现 条 纹 并 导 致 最 后 表 面 完 工 后 抛 光 面 出 现 扭 曲 很 薄 的 晶 片, 例 如 二 氧 化 硅 的 需 要 量 很 大, 为 此 可 以 用 多 张 金 刚 石 锯 切 以 200~300r/min 速 度 进 行 切 割 加 工 这 类 晶 体 时, 大 多 数 是 胶 在 铸 铁 平 行 平 面 工 具 中 实 现 的 两 面 同 时 细 磨 与 第 112 页

140 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 抛 光 在 微 电 子 电 路 中 要 用 到 大 量 的 硅 片 和 太 阳 能 电 池 片 ( 见 图 18.3) 软 晶 体 的 研 磨 和 抛 光 市 场 上 有 一 些 按 冶 金 学 家 曾 经 用 过 的 研 磨 和 抛 光 预 成 型 晶 体 的 工 具 这 套 工 具 包 括 各 种 粒 度 的 砂 纸 或 砂 布, 用 来 粗 加 工 所 要 求 的 形 状 很 细 的 砂 纸 用 以 细 磨, 通 常 用 煤 油 作 润 滑 剂, 并 用 橡 胶 粘 结 着 砂 纸 的 平 面 磨 具 进 行 手 工 研 磨 更 换 其 它 号 数 的 砂 纸 时 采 用 老 的 方 法 用 金 属 环 绷 紧 平 面 模 具 上 的 薄 呢 布 来 抛 光 这 类 软 晶 体 一 般 用 消 毒 酒 精 与 Linde B 配 成 抛 光 液, 用 一 把 平 刷 子 将 这 种 悬 浮 液 刷 在 呢 布 上 抛 光 过 程 中 加 入 的 酒 精 越 来 越 少 直 到 抛 光 盘 几 乎 干 了 为 止 由 于 这 种 细 的 几 乎 是 干 的 抛 光 使 表 面 的 粗 糙 度 较 好 4 软 晶 体 的 精 密 制 造 图 18.3 激 光 技 术 公 司 制 造 的 No.2006 线 锯, 比 岩 盐 还 要 软 的 晶 体, 例 如 磷 酸 盐 氯 化 钾 用 带 有 金 刚 石 湿 泥 浆 的 钢 丝 切 割 晶 体 溴 化 钾 甚 至 碘 化 钾 需 要 一 些 特 殊 的 处 理 方 法 ( 冷 却 液 必 须 仔 细 选 择 ) 预 先 成 形 的 棱 镜 透 镜 和 其 它 光 学 元 件 在 用 95 号 刚 玉 砂 细 磨 或 最 后 的 尺 寸 公 差 之 前 应 有 粗 抛 光 的 磨 边 和 倒 角 因 为 多 数 晶 体 会 析 出 晶 粒 而 落 入 细 磨 模 具 或 抛 光 模 上, 因 而 大 大 影 响 了 粗 糙 度, 所 以 需 要 倒 角 圆 零 件 的 倒 角 是 用 一 个 半 径 较 深 的 玻 璃 模 具 来 完 成 的 一 般 将 晶 体 元 件 装 在 夹 具 上 来 磨 外 圆 与 倒 角 使 用 玻 璃 模 具 时 都 要 用 95 号 砂 浆 和 煤 油 作 润 滑 剂, 并 用 毡 布 和 Linde A 与 消 毒 酒 精 来 抛 光 倒 角 面 及 外 圆, 但 只 要 粗 抛 光 即 可 在 平 板 玻 璃 模 具 上 用 95 号 砂 倒 边 棱 镜, 且 尽 量 倒 得 大 一 些, 以 增 加 强 度 防 止 破 损 倒 边 时 必 须 仔 细, 若 不 均 匀, 有 损 于 光 学 元 件 的 外 观 用 金 属 环 夹 住 并 拉 紧 Pellon 布 的 平 面 模 来 抛 光 磨 砂 的 外 圆 当 然, 要 在 慢 速 旋 转 的 轴 上 (100r/min) 进 行 研 磨 与 抛 光 将 倒 角 模 具 放 在 晶 体 元 件 上 及 晶 体 放 在 平 磨 模 上 时 都 要 非 常 细 心, 不 能 象 加 工 冕 牌 玻 璃 那 样 来 加 工 晶 体 5 研 磨 由 于 盐 类 化 合 物 对 铸 铁 有 腐 蚀 作 用, 应 该 改 用 市 场 上 可 以 买 到 的 玻 璃 磨 具 为 了 研 磨 平 面 或 加 工 光 学 表 面 有 必 要 使 用 两 块 平 的 磨 模 玻 璃 磨 具 的 直 径 要 大 于 光 学 零 件 的 直 径, 比 例 通 常 为 4:1 一 只 磨 具 用 于 粗 磨,320 号 金 刚 砂 是 最 粗 的 ; 另 一 只 磨 具 表 面 应 略 为 鼓 起 这 一 专 用 工 具 用 于 光 学 晶 体 抛 光 前 最 后 一 道 砂 的 研 磨 零 件 表 面 稍 微 凹 下 是 比 较 好 的, 因 为 这 样 易 于 使 表 面 不 塌 边 细 磨 时 用 煤 油 作 润 滑 剂 和 用 145 号 或 90 号 刚 玉 砂 组 成 的 悬 浮 液 用 95 号 砂 细 磨 前, 应 先 用 145 号 砂 磨 许 多 缺 陷 是 来 自 砂 的 粒 度 和 未 能 建 立 粒 度 分 级 标 准 制 造 砂 的 每 个 公 司 都 有 自 己 的 分 级 方 法 95 号 砂 的 粒 度 等 于 9.5μm,303.5 号 砂 粒 度 是 10μm( 见 附 录 5) 用 洗 盘 子 的 清 洁 剂 将 晶 体 上 的 研 磨 混 合 物 洗 去, 再 擦 干 并 放 进 干 燥 器 内, 用 干 燥 剂 如 氯 化 钙 将 水 汽 吸 收 掉 加 工 中 注 意 添 加 新 的 研 磨 液, 否 则 晶 体 会 粘 在 旋 转 的 模 具 上 常 用 的 四 种 砂 号 是 :320 号 金 刚 砂 225 号 145 号 95 号 刚 玉 320 号 金 刚 砂 和 225 号 刚 玉 用 于 粗 磨 ;145 号 和 95 号 刚 玉 用 于 细 磨 研 磨 平 面 的 过 程 中 应 记 住 : 旋 转 模 具 外 边 缘 的 运 动 速 度 总 是 比 中 心 区 域 快, 因 而 外 边 缘 的 研 磨 量 较 大 由 于 一 边 比 另 一 边 磨 损 得 更 快, 使 光 学 晶 体 元 件 很 快 磨 成 楔 形, 所 以 在 整 个 研 磨 第 113 页

141 第 十 八 章 用 软 质 晶 体 制 造 光 学 零 件 期 间, 工 件 应 在 模 具 上 采 用 椭 圆 形 或 8 字 形 的 动 程, 并 要 旋 转 光 学 零 件 这 种 方 法 既 能 保 持 模 具 的 面 形, 又 能 防 止 工 件 呈 楔 形 如 果 已 用 分 厘 卡 仔 细 地 测 量 了 平 行 平 板 或 窗 的 楔 度, 则 可 在 研 磨 过 程 中 对 厚 的 区 域 施 加 压 力 因 为 软 质 晶 体 磨 损 很 快, 使 用 不 旋 转 的 模 具 对 于 修 正 小 的 楔 角 比 较 合 适 以 上 叙 述 的 是 加 工 平 面 的 方 法, 但 对 于 晶 体 棱 镜 或 晶 体 锥 体 则 必 须 控 制 尖 塔 差 或 侧 面 角 有 些 晶 体 棱 镜 的 反 射 角 要 求 ±30, 有 的 棱 镜 要 求 30 对 于 要 求 30 的 棱 镜, 用 精 密 的 卡 板 或 机 械 角 R 来 测 量 就 足 够 了 对 于 要 求 ±30 的 棱 镜 或 用 角 锥 棱 镜 可 以 用 前 面 所 叙 述 过 的 测 试 棱 镜 角 度 的 光 学 装 置 来 检 验 6 抛 光 大 多 数 软 晶 体 要 进 行 粗 抛 光, 以 释 放 加 工 过 程 中 夹 持 所 引 起 的 应 力 布 抛 光 工 艺 已 在 前 面 第 五 段 中 叙 述 了, 棱 镜 各 侧 面 的 细 磨 与 以 上 所 述 相 同 光 学 软 晶 体 零 件 的 平 面 沥 青 抛 光 是 一 次 加 工 一 个 面, 没 有 进 行 大 批 量 生 产 成 盘 加 工 的 必 要 略 硬 一 些 的 氟 化 锂 和 氟 化 钙 窗 已 经 成 功 地 用 擦 镜 纸 蜡 胶 到 平 行 垫 板 上 进 行 加 工 软 晶 体 的 沥 青 抛 光 最 近 已 由 美 国 Mount Wilson 的 D. 亨 德 里 克 斯 实 际 使 用 过, 并 由 斯 特 朗 进 行 探 讨 亨 德 里 克 斯 采 用 的 手 工 抛 光 的 沥 青 抛 光 模 含 有 5lb 水 白 松 香 和 5oz 松 木 焦 油, 一 般 抛 光 模 直 径 与 工 件 直 径 的 比 值 为 5:1 在 抛 光 模 上 切 出 深 度 为 沥 青 厚 度 一 半 小 手 指 宽 的 方 格 槽, 其 上 再 用 尼 龙 或 塑 料 丝 网 覆 盖, 以 增 加 一 些 小 起 伏 的 方 格 槽 用 Barnsite 抛 光 液 润 湿 丝 网 布 并 将 它 放 在 沥 青 模 上 将 一 个 平 铸 铁 模 用 热 水 加 热 后 放 在 湿 丝 网 布 上, 并 使 只 要 1/3 的 网 线 压 入 沥 青, 否 则 在 移 开 丝 网 时, 会 有 沥 青 从 模 子 上 拉 下 来 可 以 将 热 的 铸 铁 模 滑 过 模 子 边 缘, 将 丝 网 从 沥 青 上 掀 起 一 点, 观 察 并 检 查 压 下 的 深 度 为 了 将 蜂 蜡 涂 覆 整 个 抛 光 模, 亨 德 里 克 斯 用 一 只 中 等 尺 寸 的 漆 刷 把 冒 烟 的 液 态 蜡 顺 一 个 方 向 只 刷 一 次 即 使 没 有 涂 覆 的 面 积 大 到 0.125in 也 不 再 重 新 涂 抹, 而 宁 愿 用 Treswax 或 类 似 的 软 膏 蜡, 用 一 块 沾 满 蜡 的 布 轻 轻 地 涂 抹 整 个 区 域 可 以 用 三 个 手 指 以 很 轻 的 压 力 将 软 膏 蜡 压 入 抛 光 模, 然 后 干 燥 15min 用 凹 的 玻 璃 压 板 将 沥 青 抛 光 模 形 成 略 微 凸 起 的 表 面 轮 廓 ( 见 第 三 章 ) 因 为 抛 光 模 使 用 的 是 软 蜡 涂 层, 易 于 形 成 起 伏 的 表 面 轮 廓, 所 以 将 它 放 在 一 块 重 物 下 面 以 加 速 其 成 形 这 样 形 成 的 抛 光 模 随 时 可 以 使 用 图 14.2 给 出 了 一 个 类 似 的 抛 光 模 棱 镜 的 细 磨 是 用 双 手 以 舒 服 的 手 势 抓 住 棱 镜 按 W 形 的 动 程 在 整 个 抛 光 模 上 进 行 抛 光 一 些 常 用 的 动 程 可 以 分 为 : 越 出 边 界 的 长 动 程 使 表 面 凹 下, 中 心 区 域 的 短 动 程 使 表 面 凸 起 抛 光 混 合 液 由 一 份 LindeA 和 4 份 异 丙 醇 或 乙 二 醇 组 成 亨 德 里 克 斯 用 饱 和 盐 溶 液 和 研 磨 40h 的 铈 粉 做 成 抛 光 液 当 抛 光 模 快 要 干 时, 最 后 一 个 动 程 直 接 在 一 只 绷 紧 着 抛 光 布 的 软 的 木 制 圆 模 上 完 成 这 样 可 以 除 去 积 聚 在 晶 体 表 面 上 的 悬 浮 液 并 同 时 使 表 面 干 燥 由 于 棱 镜 要 吸 收 潜 热, 使 抛 光 面 达 到 1/4 的 光 圈 是 困 难 的 晶 片 窗 必 须 装 在 一 片 有 机 玻 璃 上, 晶 体 与 塑 料 间 夹 有 软 木 或 涂 有 橡 胶 的 毡, 并 用 胶 带 纸 将 其 固 定 在 一 起 已 完 工 的 光 学 零 件 的 表 面 都 必 须 喷 漆 或 者 用 其 它 塑 料 喷 涂 保 护 之, 而 且 都 可 以 用 丙 酮 揩 掉 棱 镜 和 其 它 光 学 零 件 上 所 有 的 粗 抛 光 表 面 都 必 须 喷 漆 保 护, 否 则 工 人 手 指 上 的 湿 气 会 腐 蚀 光 学 表 面 7 擦 亮 表 面 起 雾 的 软 晶 体 零 件 要 通 过 擦 亮 工 序 使 其 恢 复 到 抛 光 表 面 Pellon (New York) 或 Microcloth (Buchler, Chicago) 制 造 的 用 棉 布 与 粘 结 板 粘 结 而 成 的 一 块 双 面 绒 工 具 可 用 来 半 干 擦 光 将 光 学 晶 体 在 手 背 上 摩 擦 所 产 生 的 湿 气 就 是 唯 一 的 润 滑 剂, 也 可 以 在 布 抛 光 模 上 呵 口 气 来 增 加 湿 气, 但 擦 光 后 就 不 允 许 在 抛 光 好 的 晶 体 表 面 呼 气, 而 应 放 在 干 燥 箱 中 第 114 页

142 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 第 三 篇 望 远 镜 系 统 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 当 需 要 对 反 射 光 强 度 作 光 度 测 量 时, 在 平 行 光 管 及 天 文 望 远 镜 中 使 用 离 轴 抛 物 面 镜 是 特 别 有 价 值 的 因 为 光 源 位 于 有 限 远 处, 用 离 轴 抛 物 面 镜 可 以 制 成 一 台 优 质 的 平 行 光 管 作 为 透 镜 的 检 测 系 统 用 独 特 的 方 法 一 次 可 以 制 造 多 块 离 轴 小 抛 物 面 镜 通 常 用 一 块 低 焦 比 的 大 口 径 反 射 镜 钻 下 三 块 或 四 块 小 反 射 镜, 并 用 石 膏 将 反 射 镜 胶 进 凹 孔 中 为 消 除 膨 胀 和 应 力 等 不 稳 定 因 素, 可 以 用 细 磨 抛 光 或 酸 蚀 小 反 射 及 开 沉 孔 等 新 的 方 法 这 些 技 术, 包 括 细 磨 和 抛 光 大 反 射 镜 毛 坯 的 背 面 都 有 助 于 消 除 泰 曼 效 应 生 产 这 些 产 品 的 光 学 公 司, 用 同 样 大 小 的 反 射 镜 毛 坯 作 为 框 架, 并 将 磨 边 后 的 反 射 镜 毛 坯 放 入 框 架 原 来 所 的 孔 内 一 块 12in 的 反 射 镜 毛 坯 能 够 制 造 出 四 块 3.5in 的 离 轴 抛 物 面 镜 这 些 元 件 的 F 数 一 般 较 小 (f/14~f/5.5) 为 了 得 到 较 大 的 相 对 孔 径, 离 轴 抛 物 面 镜 变 大, 其 主 镜 的 直 径 成 比 例 增 大 就 产 生 加 工 困 难 反 射 镜 的 设 计 制 造 和 使 用 方 面 已 有 了 一 些 成 果 这 些 反 射 镜 尺 寸 中 等 ( 直 径 20.3~30cm), 焦 比 为 f/8 最 近 马 科 斯. 布 朗 已 经 制 造 出 一 种 焦 比 为 f/6, 直 径 为 12in 的 反 射 镜, 并 已 获 得 了 广 泛 的 应 用 关 于 离 轴 抛 物 面 镜 的 一 些 制 造 方 法 已 作 过 介 绍, 望 远 镜 的 业 余 爱 好 者 可 以 按 此 仿 制 1. 设 计 与 计 算 离 轴 抛 物 面 的 设 计 取 决 于 光 轴 的 孔 间 距 或 孔 的 位 置 小 孔 是 大 凹 面 标 准 镜 的 一 部 分, 图 19.1 说 明 了 四 等 分 的 位 置 应 特 别 注 意 图 19.2 上 的 实 际 光 源 位 于 大 凹 面 镜 的 轴 上, 而 不 是 在 较 小 的 正 在 加 工 的 反 射 镜 上 因 此, 必 须 在 离 轴 抛 物 面 镜 上 刻 一 个 基 准 记 号, 图 19.1 一 块 大 的 抛 物 面 反 射 镜 上 的 四 个 小 的 离 轴 抛 物 面 镜 的 分 布 图 图 19.2 一 台 反 射 式 离 轴 平 行 光 管 的 设 计 与 用 于 制 造 小 抛 物 面 镜 组 的 大 抛 物 镜 一 样 其 轴 平 面 总 是 明 确 的 图 19.2 是 作 为 平 行 光 管 离 轴 抛 物 镜 装 置, 平 行 光 管 带 有 针 孔 光 源 图 25.8c 介 绍 了 精 确 安 装 针 孔 光 源 的 方 法 如 果 用 在 天 文 望 远 镜 上, 则 目 镜 应 位 于 光 源 的 位 置 上 复 习 一 下 制 造 大 的 抛 物 面 及 其 细 磨 模 的 曲 率 半 径 时, 铣 磨 机 倾 角 的 计 算 方 法, 并 假 设 蓝 图 上 的 离 轴 抛 物 面 的 数 据 为 : 大 凹 抛 物 面 镜 的 直 径 为 12in( 球 面 顶 点 离 孔 中 心 是 4in 曲 磨 半 径 为 92.45in) 好 的 制 造 工 艺 是 四 个 高 精 度 离 轴 抛 物 面 镜 中 的 每 一 个 必 须 置 于 大 反 射 镜 的 一 个 象 限 内 ( 参 见 图 19.1) 方 程 (19-1) 是 已 知 工 件 曲 率 半 径, 计 算 金 刚 石 磨 轮 的 倾 角 公 式 它 适 用 于 加 工 凹 的 和 凸 的 镜 面 SinA=D/2R 式 中 :A 为 磨 轮 倾 角 的 度 数 ;D 为 磨 轮 的 直 径 ; 凹 面 指 磨 轮 的 外 刃 表 面 ;R 是 要 求 的 曲 率 半 径 例 如 : 磨 轮 直 径 为 10in,R 为 92.45in 时 试 计 算 A 值? SinA=25.4/2*234.84= 查 正 弦 函 数 表 求 出 角 度 为 3 6 应 该 注 意, 机 床 游 标 尺 的 读 数 精 度 低 于 为 金 刚 第 115 页

143 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 石 磨 轮 的 外 刃 加 工 凹 面 镜 时 的 倾 角 若 要 计 算 用 金 刚 石 磨 轮 加 工 凸 磨 具 时 的 倾 角, 假 如 金 刚 石 磨 轮 的 内 刃 直 径 近 似 为 cm, 则 加 工 磨 具 的 新 倾 角 为 多 少 呢? 回 答 是 3 1 用 球 径 仪 读 数 时 通 常 需 要 一 张 矢 高 表 用 公 式 (2) 计 算 矢 高 值 h=r-(r 2 -y 2 ) 1/2 式 中 h 为 矢 高 ;R 为 要 求 的 曲 率 半 径 ;y 为 锐 边 ( 不 是 球 ) 支 承 圆 环 半 径 例 如 h= ( ) 1/2 = =1.497cm, 矢 高 的 几 何 关 系 参 见 图 先 加 工 派 勒 克 斯 玻 璃 毛 坯 的 球 面 曲 率 半 径, 然 后 加 工 反 面 的 平 面 这 种 加 工 方 法 可 以 检 查 出 在 加 工 球 面 曲 率 半 径 的 过 程 中 玻 璃 毛 坯 内 部 的 大 气 泡 将 蓝 墨 水 喷 在 玻 璃 毛 坯 上, 划 好 几 块 小 离 轴 抛 物 面 镜 的 中 心 位 置, 以 保 证 套 钻 时 对 准 套 钻 的 内 径 应 与 反 射 镜 外 径 相 适 应, 同 时 还 要 考 虑 石 膏 的 附 加 厚 度 从 大 型 凹 面 反 射 镜 上 钻 下 小 反 射 镜 以 前, 在 毛 坯 的 背 面 贴 一 块 平 板 玻 璃, 以 防 止 玻 璃 毛 坯 在 钻 孔 时 破 碎 装 在 钻 床 上 的 摇 臂 钻 套 钻 四 个 抛 物 面 的 孔 径 为 了 不 使 玻 璃 走 动, 在 外 露 的 垫 板 上 应 钉 两 条 互 为 90 的 交 叉 木 条, 将 圆 形 玻 璃 毛 坯 放 在 交 叉 处 对 准 预 先 作 上 记 号 的 中 心 点, 将 放 着 反 射 镜 的 垫 板 固 定 在 钻 床 台 面 上 移 动 摇 臂 钻 下 的 垫 板 以 及 反 射 镜 将 套 钻 ( 金 刚 石 套 钻 或 薄 壁 钢 套 筒 ) 固 紧 在 夹 头 上, 用 320 号 粒 度 的 碳 化 硅 金 属 套 钻 并 用 上 面 的 小 反 射 镜 进 行 钟 套 定 位, 但 要 通 过 实 验 检 验 中 心 孔 的 钻 削 决 定 于 钟 套 定 位 ( 孔 顶 部 的 尺 寸 放 大 ) 钻 削 时 用 泵 打 入 冷 却 液 所 加 压 力 不 能 太 大, 最 好 用 轻 轻 恒 压 往 下 压 套 钻 完 成 后, 用 橡 皮 吸 帽 器 取 出 小 反 射 镜 并 用 145 号 金 刚 砂 将 小 反 射 镜 两 面 倒 角 2. 圆 柱 面 的 抛 光 或 酸 蚀 细 磨 大 反 射 镜 的 圆 柱 面 并 用 氧 化 铈 呢 布 抛 光 将 安 装 好 的 约 为 反 射 镜 圆 周 长 度 1/3 的 黄 铜 片 的 一 端 固 定, 另 一 端 靠 弹 性 压 力 压 紧 用 这 个 装 置 细 磨 及 呢 布 抛 光 各 种 大 小 反 射 镜 的 圆 柱 面 在 钻 床 上 用 弹 性 夹 具 细 磨 并 粗 抛 光 在 大 反 射 镜 上 套 出 的 孔 操 作 过 程 中, 不 要 拿 掉 用 沥 青 树 脂 粘 结 的 保 护 玻 璃 板, 以 免 应 力 释 放 用 氢 氟 酸 雾 气 腐 蚀 玻 璃 也 许 是 一 种 最 好 的 方 法 该 方 法 可 以 腐 蚀 所 有 金 刚 石 加 工 中 引 起 应 变 的 表 面, 消 除 应 变, 并 增 加 玻 璃 元 件 的 强 度 该 过 程 需 要 20min 而 且 结 束 时 看 上 去 光 亮 提 象 抛 光 过 一 样 由 于 氢 氟 酸 雾 气 有 毒, 所 以 必 须 在 排 风 的 条 件 下 工 作, 并 应 在 涂 过 蜡 或 乙 烯 树 酯 的 容 器 内 进 行 3. 零 件 的 石 膏 粘 结 将 小 反 射 镜 粘 结 在 大 反 射 镜 的 圆 孔 内, 而 大 反 射 的 凹 面 放 在 垫 有 乙 烯 塑 料 布 的 凸 磨 模 上, 再 用 真 空 橡 皮 夹 具 将 小 反 射 镜 放 入 圆 孔 内 沿 着 小 反 射 和 圆 孔 的 四 周 插 入 木 条, 使 石 膏 ( 哈 特 罗 克 的 牙 科 用 石 膏 ) 流 入 反 射 镜 的 四 周 石 膏 上 盘 过 程 中, 用 小 木 条 释 放 小 的 夹 层 气 泡, 待 固 化 几 个 小 时 或 一 夜 后, 拿 下 石 膏 盘, 在 圆 孔 周 围 用 刷 子 刷 出 一 圈 2mm 深 的 凹 槽, 用 电 烙 铁 将 塑 性 材 料 或 蜡 加 热, 并 使 之 充 满 凹 槽 4. 细 磨 与 抛 光 一 般 的 加 工 方 法 是 用 250 号 145 号 95 号 氧 化 铝 金 刚 砂 细 磨, 但 必 须 注 意 应 随 时 用 球 径 仪 的 最 大 测 环 检 验, 以 防 镜 片 加 工 的 曲 率 半 径 值 与 原 来 的 设 计 值 不 符 细 磨 过 程 中, 如 果 球 面 反 射 镜 有 些 凹, 则 应 将 其 放 在 主 轴 上, 而 将 凸 细 磨 模 放 在 凹 面 镜 上, 如 果 反 射 镜 有 些 凸 ( 读 数 偏 小 ), 应 将 凸 的 细 磨 模 放 在 主 轴 上, 而 镜 片 放 在 上 面 对 于 不 易 由 一 个 人 手 工 操 作 的 大 镜 面, 应 学 会 通 过 控 制 主 轴 轴 转 速 及 动 程 的 长 度 来 改 变 细 磨 的 曲 率 半 径 或 保 持 曲 率 半 径 不 变 每 道 细 磨 必 须 磨 去 足 够 的 余 量 以 除 去 上 道 细 磨 后 的 砂 眼 尤 其 应 检 验 圆 孔 与 小 反 射 镜 的 相 对 位 置, 以 确 保 小 反 射 镜 不 走 动 镜 盘 的 圆 柱 面 与 背 面 应 粗 抛 到 30%, 但 酸 蚀 面 无 须 抛 光 小 反 射 镜 上 必 须 深 深 地 酸 蚀 基 准 第 116 页

144 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 记 号 ( 四 个 ) 注 意 : 不 要 用 金 刚 石 刀 刻 划 盘 中 的 小 反 射 镜, 细 磨 时 应 在 玻 璃 底 部 再 胶 上 玻 璃 盖 板 在 第 三 章 中 已 叙 了 用 一 只 与 镜 盘 尺 寸 1:1 的 抛 光 模, 并 在 开 槽 抛 光 模 上 应 压 出 小 方 格 槽 一 种 制 作 深 球 面 抛 光 模 的 有 意 思 的 方 法 是 先 将 熔 化 的 沥 青 浇 注 在 几 块 盖 有 铝 箔 的 凹 面 镜 上, 并 用 胶 带 纸 将 这 些 铝 箔 连 接 在 一 起 用 足 够 宽 的 胶 带 纸 在 凹 面 镜 周 围 成 一 圈, 高 度 通 常 为 0.5in, 以 盛 住 沥 青 胶 当 沥 青 胶 层 冷 却 后 将 它 放 置 在 用 松 节 油 清 洗 过 的 铝 球 模 上, 并 使 之 微 热 到 手 能 接 触, 然 后 将 沥 青 模 放 在 用 抛 光 剂 湿 润 过 的 凹 面 镜 上 为 了 加 速 沥 青 抛 光 模 的 成 形, 可 以 在 沥 青 模 上 加 铅 重 块, 沥 青 抛 光 模 上 开 出 大 方 格 槽, 并 使 凹 面 镜 在 下, 抛 光 模 在 上 进 行 抛 光 5. 修 整 面 形 的 方 法 在 凹 面 镜 的 曲 率 中 心 可 以 用 戴 尔 (Dall) 的 零 位 检 验 法 ( 参 见 图 19.3) 这 种 检 验 法 采 用 了 刀 口 或 罗 契 光 栅 罗 契 光 栅 是 一 种 低 频 光 栅 (80l/mm), 典 型 的 罗 契 图 见 图 A14.2, 与 之 相 关 的 焦 点 图 见 图 A14.1 图 A14.2 是 自 准 直 光 学 装 置 中 一 种 典 型 的 折 射 与 反 射 零 件 的 罗 契 图, 必 须 根 据 要 求 画 上 45 倍 面 线 的 轮 廓 轮 廓 曲 线 说 明 表 面 的 高 低 沿 x 轴 和 y 轴 观 察 到 的 理 想 零 位 图 是 等 距 离 的 平 行 条 纹 用 罗 契 检 验 法 检 验 凹 面 镜 为 球 面 时, 戴 尔 零 位 检 验 所 显 示 的 罗 契 图 形 将 如 何 呢? 这 种 图 形 将 是 完 全 向 右 斜 的 枕 形 条 纹, 操 作 者 在 分 析 其 原 因 时 存 在 着 许 多 模 图 19.3 罗 契 光 栅 置 于 反 射 镜 曲 率 半 径 处 的 戴 尔 糊 的 观 点 处 于 球 面 曲 率 中 心 位 置 作 零 位 零 位 检 验 装 置 检 验 时, 则 该 曲 率 中 心 的 球 面 就 构 成 自 准 直 装 置, 且 预 先 计 算 好 的 平 凸 透 镜 使 球 面 投 射 出 另 一 种 类 型 的 误 差 ( 正 球 差 ) 因 此, 为 了 把 球 面 修 抛 回 零 位 图 如 果 再 检 查 45 0 剖 面 线 轮 廓, 则 就 能 说 明 玻 璃 表 面 有 另 一 种 倾 斜 误 差 的 罗 契 图 了, 图 29.6 中 的 焦 点 图 亦 作 了 同 样 的 处 理 下 面 考 虑 抛 物 面 镜 的 戴 尔 零 位 检 验 法 此 法 发 表 于 1947 年 美 国 天 文 学 会 期 刊, 1952 年 12 有 作 了 进 一 步 修 改,1953 年 在 图 19.4 用 预 置 平 凸 透 镜 构 成 的 戴 尔 检 验 装 置 美 国 纽 约 科 学 出 版 社 的 业 余 爱 好 者 的 望 ( 注 意 共 轴 检 验 时 用 45/45 透 反 模 ) 远 镜 制 造 第 三 册 上 再 次 发 表 这 些 书 有 极 好 的 素 材, 并 且 写 得 很 好 零 位 检 验 如 图 19.4 所 示 零 位 装 置 是 将 一 块 带 红 色 滤 光 片 的 具 有 一 定 焦 距 的 平 凸 透 镜 安 装 在 滑 动 的 镜 筒 里, 按 图 示 对 某 一 光 源 保 持 一 定 的 距 离 这 块 平 凸 透 镜 必 须 是 高 质 量 的, 并 且 应 将 它 放 在 红 色 滤 光 片 与 狭 缝 光 源 的 前 面 如 文 献 中 指 出 的,F/f 比 应 在 中 等 数 值 范 围 内, 这 里 F 指 抛 物 面 的 焦 距 (R/2), f 为 平 凸 透 镜 的 焦 距 检 验 仪 与 罗 契 光 栅 一 起 使 用, 图 19.4 的 下 面 部 分 表 示 用 45/45 薄 膜 板 作 共 轴 零 位 检 验 的 方 法 这 时 F/f 比 值 不 必 为 中 等 范 围, 只 要 达 到 了 就 可 以 了, 如 图 所 示 焦 距 为 4.66in 的 凸 透 镜 可 以 用 于 检 验 凹 面 镜, 计 算 过 程 如 下 : 计 算 : 平 凸 透 镜 的 R/2 或 焦 距 为 /11.852= 图 示 的 值 乘 以 透 镜 的 焦 距 为 6.341cm 平 凸 透 镜 的 凸 面 到 狭 缝 的 距 离 为 6.341cm 大 多 数 操 作 者 更 欢 喜 用 星 形 抛 光 模 抛 修 抛 物 面 镜 这 种 抛 光 模 的 制 作 比 较 方 便, 将 一 张 树 酯 描 图 纸 或 铝 箔 剪 成 一 个 与 镜 子 同 样 大 小 的 圆, 将 圆 对 折 成 半 圆 形, 再 把 这 个 半 圆 的 两 边 各 折 第 117 页

145 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 叠 1/3, 然 后 从 三 角 形 折 片 的 一 边 剪 成 半 个 玫 瑰 叶 花 瓣 ( 参 见 图 A14.7) 形 状 将 剪 下 的 图 形 放 在 用 悬 浮 液 湿 过 的 抛 光 模 上, 再 放 上 镜 片, 加 上 铅 压 块, 图 形 压 在 沥 青 模 上 后, 用 刀 片 按 六 角 星 形 状 挖 去 沥 青 胶 剪 下 来 的 图 形 应 保 留 好, 以 便 以 后 修 整 时 再 使 用 星 形 抛 光 模 用 1/4 动 程 在 上 面 以 15r/min 的 速 度 抛 光, 而 主 轴 转 速 为 100r/min 抛 光 20min 后 测 试 一 下, 检 验 其 变 化 情 况 每 次 检 验 后, 缩 短 抛 光 时 间, 但 仍 希 望 是 过 校 正 抛 光 快 完 成 时, 通 常 可 从 y 轴 的 零 位 图 上 方 观 察 到 塌 边 现 象 星 形 抛 光 模 不 能 消 除 这 种 边 部 误 差, 为 此 可 以 再 用 全 口 径 抛 光 模 并 以 很 短 的 动 程 在 上 面 运 转 如 前 所 述 较 大 与 较 陡 的 离 轴 抛 物 面 受 许 多 因 素 影 响 戴 尔 零 位 检 验 的 极 限 F/f 数 大 约 为 3 因 为 离 轴 检 验 仪 存 在 着 视 差, 因 而 不 能 再 推 荐 使 用, 通 常 用 45/45 薄 膜 板, 以 便 在 轴 上 检 验 由 三 块 零 件 组 成 的 零 位 透 镜 装 置 可 以 更 好 地 适 用 于 弯 曲 度 较 大 的 抛 物 面 因 较 大 弯 曲 度 的 反 射 镜 需 要 较 大 的 表 面, 这 样 不 仅 使 一 次 性 应 用 时 的 成 本 难 以 下 降, 而 且 其 面 形 也 特 别 难 以 修 整 6. 大 小 型 离 轴 金 属 反 射 镜 用 一 块 玻 璃 圆 盘 加 工 大 的 离 轴 抛 物 面 镜 是 操 作 者 难 得 尝 试 的 特 殊 工 艺, 曾 经 出 现 过 许 多 方 法, 一 种 方 法 是 首 先 将 带 区 的 月 牙 形 钢 板 用 环 氧 树 酯 胶 在 一 块 大 凹 面 镜 上, 然 后 把 钢 制 的 半 扇 形 板 用 环 氧 树 酯 胶 到 玻 璃 表 面 上, 再 用 螺 丝 把 第 二 块 钢 板 连 在 一 起, 并 用 扳 手 上 紧 多 头 螺 丝 至 预 定 的 压 力, 再 在 已 加 工 的 凹 面 上 研 磨 并 抛 光 成 球 面, 放 松 螺 丝 后 就 制 成 了 已 适 合 抛 修 的 一 个 离 轴 抛 物 面 镜 制 造 离 轴 抛 物 面 镜 的 另 一 种 方 法 是 用 与 球 面 一 样 地 细 磨 和 抛 光 的 铝 金 属 反 射 镜, 然 后 将 其 镀 镍 并 象 球 面 一 样 地 抛 光 下 一 步 是 将 第 二 块 钢 板 钻 孔 并 用 螺 丝 再 旋 上 扒 拉 螺 丝 ( 一 个 组 合 体 ) 焦 距 为 R/2 的 凹 球 面 镜 放 在 一 个 带 有 光 学 平 面 的 自 准 直 仪 中, 上 紧 推 拉 螺 丝 后 形 成 了 零 位 图 形 这 就 是 首 先 观 察 到 的 枕 形 图 形,( 如 图 A14.2) 最 后 用 Locktile 涂 布 ( 参 见 图 A14.2) 虽 然 这 些 反 射 镜 并 不 具 有 光 学 质 量, 但 在 太 阳 光 下 聚 焦 热 能 将 有 许 多 用 处 已 经 制 造 出 的 直 径 为 3.7m 的 特 大 离 轴 反 射 镜 是 由 洛 杉 矶 雷 姆 逊 物 理 研 究 所 研 磨 与 抛 光 的 不 锈 钢 表 面, 它 是 用 计 算 机 程 序 控 制 的 一 台 巨 大 的 立 式 机 床 上 制 成 的, 用 胶 在 20in 泡 沫 塑 料 橡 皮 上 的 600 号 碳 化 硅 磨 块 进 行 细 磨, 以 轻 机 油 作 为 冷 却 液, 在 可 柔 性 的 泡 沫 塑 料 橡 皮 模 具 上 的 HCF( 蜂 窝 状 基 质 ) 上 实 现 初 步 抛 光, 最 后 在 开 图 19.5 上 面 部 分 表 示 离 轴 抛 物 面 的 自 准 槽 的 可 柔 性 模 具 上 进 行 一 系 列 湿 抛 以 氧 化 铈 和 直 检 验 带 光 学 平 面 的 罗 契 板 置 于 FS 点, 蒸 馏 水 作 抛 光 剂 时 无 需 进 行 光 学 检 验 检 验 理 想 元 件 时 呈 平 行 线 下 面 部 分 类 较 早 闻 名 的 是 后 来 由 马 科 斯 布 朗 作 成 的 似 于 上 面 部 分, 但 为 一 种 特 例 开 始 光 学 12in 离 轴 玻 璃 反 射 镜 图 19.5 所 示 是 将 自 准 直 修 磨 之 前, 最 好 观 察 离 焦 的 焦 点 罗 契 图 平 面 用 于 检 验 离 轴 抛 物 面 镜 ( 到 目 前 为 止, 作 者 在 许 多 方 面 已 作 了 改 进 ) 图 中 示 出 了 改 进 后 的 罗 契 装 置, 显 示 了 准 直 上 未 加 修 抛 的 球 面 与 中 心 c/c 相 交 的 虚 线 表 示 球 面 位 于 偏 心 角 的 平 分 线 上, 如 E 所 示 A 处 的 平 面 镜 位 于 偏 心 轴 上, 使 光 线 以 球 面 B 的 法 向 入 射 用 箭 头 表 示 的 光 路, 虽 然 仅 表 示 出 一 半, 但 可 以 成 光 线 的 返 回 系 统 第 118 页

146 第 十 九 章 离 轴 抛 物 面 镜 检 验 时 应 该 考 虑 某 些 严 格 的 要 求, 首 先 应 该 检 验 光 学 修 磨 时 的 畸 变 情 况 将 一 个 球 面 修 磨 为 一 个 抛 物 面 时, 畸 变 是 旋 转 对 称 的, 但 加 工 一 个 离 轴 抛 物 面 时, 对 称 面 就 破 坏 了, 表 面 顶 点 随 偏 心 量 而 移 动, 或 者 由 球 面 中 心 顺 着 偏 心 平 面 的 方 向 对 边 移 动 图 19.5 中 的 球 面 Z 表 示 开 始 校 正 前 的 情 况, 虚 线 X 表 示 校 正 前 的 焦 点 图 与 罗 契 图 B 处 为 完 工 表 面 的 近 似 形 状 图 形 当 然 大 大 地 夸 大 了, 它 表 示 出 从 顶 点 到 边 缘 的 最 大 修 磨 量 一 个 修 磨 良 好 的 表 面 检 验 结 果 应 具 有 平 滑 的 焦 点 图 焦 前 与 焦 后 的 罗 契 图 应 呈 平 行 线 的 零 位 图 形 ( 见 图 A14.1 与 A14.2) B 处 凹 面 镜 的 焦 点 图 与 罗 契 ( 焦 外 ) 图 说 明 凹 面 镜 需 要 修 磨 如 果 刀 口 从 左 向 右 切 割, 且 光 源 丰 左 边, 则 阴 影 表 示 为 高 带 注 意 : 观 察 者 要 对 着 图 形 观 察 因 为 失 去 了 对 称 性, 表 面 顶 点 就 有 所 偏 移, 焦 占 图 延 伸 到 垂 直 中 心 线 的 右 边 很 明 显, 由 于 存 在 畸 变, 完 工 后 的 表 面 不 可 能 是 一 个 同 心 回 转 面, 因 此 检 验 反 射 镜 时 要 把 它 放 在 与 镜 座 同 样 的 位 置 上 这 可 在 制 造 前 在 反 射 镜 背 面 蚀 刻 定 位 线 来 实 现 之 最 重 要 的 不 可 忽 视 的 是 固 定 在 平 台 上 的 镜 座 必 须 刻 有 一 个 用 于 控 制 离 轴 抛 物 面 每 次 修 磨 后 复 位 的 记 号 焦 点 图 与 罗 契 图 ( 焦 点 外 ) 的 形 状 如 图 A14.1 和 A14.2 所 示 它 们 仅 表 示 出 畸 变 反 差 的 大 小 决 定 于 抛 物 面 的 焦 比 和 所 用 的 偏 心 量 最 主 要 的 特 点 是 中 心 明 显 地 高 和 顶 点 稍 微 偏 向 垂 直 线 的 一 边 除 去 多 少 材 料 的 问 题 是 第 二 个 重 要 问 题, 因 为 离 轴 畸 变 量 不 是 旋 转 对 称 的, 且 必 须 用 较 小 的 模 具 加 工 在 已 成 形 的 玻 璃 表 面 上 应 用 三 角 形 沥 青 抛 修 模 修 匀 与 修 磨 表 面 有 许 多 人 研 究 过 抛 光 这 种 非 球 面 形 状 的 抛 光 机, 但 市 场 上 买 不 到 将 来 可 能 会 研 制 出 用 计 算 机 控 制 的 抛 光 机, 以 实 现 用 小 抛 光 模 抛 光 玻 璃 表 面 参 考 文 献 Brown,M.,The Foucault Knife-Edge or Schlieren Test(Charpter26). Griffith,T.and De Vany,A.S. Off-Axis Paraboloids, in Optical Shop Procedures and Theory, Nortronics, Northrop Corporation,1955. Ransome,J.F.private communication.john H.Ransom Laboratories, 20 N.Aviador Street, Camarillo,CA. Schulz,L.G. Quantitative Tests for Off-axis Parabolic Mirrors, Appl.Opt.,36,(1964). 第 119 页

147 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 M. 布 朗 A. 德 范 尼 焦 比 为 F/2 或 小 于 F/2 的 短 焦 距 抛 物 面 镜 的 结 构 会 给 抛 物 面 镜 的 加 工 与 测 试 带 来 困 难 : 首 先, 它 与 最 接 近 球 面 曲 线 的 偏 离 量 大 ; 其 次, 要 得 到 用 于 观 察 表 面 质 量 的 一 束 无 崎 变 的 广 角 光 束 是 困 难 的. 一 把 球 面 变 为 接 近 要 求 的 抛 物 面 为 例, 通 常 的 做 法 是 把 中 心 带 区 加 深, 在 边 缘 形 成 与 球 面 相 切 的 抛 物 面 在 加 工 过 程 中 常 把 边 缘 区 作 为 可 靠 的 参 改 面 如 果 对 抛 物 面 的 焦 点 要 求 高, 则 必 须 选 择 不 变 形 的 边 缘 带 区 以 产 生 正 确 焦 点 的 球 面 曲 线 该 边 缘 或 参 考 带 区 必 须 始 终 保 持 着, 不 能 作 为 其 它 加 工 研 磨 阶 段, 为 检 验 抛 物 面 曾 尝 试 过 如 用 样 板 移 动 千 分 表 摆 动 千 分 表 和 球 径 仪 等 许 多 方 法, 但 很 少 成 功 除 样 板 外, 失 败 的 许 多 原 因 是 由 于 企 图 使 球 面 边 缘 区 域 变 形 幸 好 在 研 磨 与 抛 光 时 并 不 需 要 修 抛 就 可 以 把 F/2 的 球 面 变 为 F/1.02 的 抛 物 面, 形 成 一 块 高 质 量 的 抛 物 面 反 射 镜, 而 且, 如 果 用 下 面 所 述 的 适 当 方 法, 则 在 抛 光 所 能 达 到 的 范 围 内 修 磨 曲 面 是 可 能 的 1. 光 学 加 工 方 法 下 述 方 法 虽 然 不 是 最 好 的 方 法 但 一 直 在 成 功 地 应 用, 如 果 灵 活 使 用 可 以 做 得 更 好 第 一 步 根 据 要 求 的 抛 物 面 F 值, 选 择 适 当 的 球 面 半 径 第 二 步 细 磨 与 抛 光 球 面 成 为 一 个 旋 转 的 无 象 散 的 优 质 表 面, 特 别 是 使 在 边 缘 区 域, 也 就 是 在 直 径 上 0.25 in 宽 的 边 缘 带 区 无 象 散 要 使 该 球 面 产 生 正 确 的 焦 点 这 一 点 是 重 要 的 以 6 in F/1.0 抛 物 面 为 例, 计 算 了 球 面 边 缘 1 in 带 区 与 抛 物 面 间 的 差 值, 结 果 表 明 在 边 缘 的 最 大 差 值 为 in 用 一 般 球 径 仪 测 不 出 这 个 值, 然 而 市 售 的 斯 德 特 雷 斯 巴 电 子 球 径 仪 就 有 这 种 测 量 能 力 下 一 步 是 选 择 球 径 仪 的 测 量 环 直 径 为 6 in 的 抛 物 面 用 2.5in 的 测 量 环 首 先 求 出 2.5 in 测 量 环 的 球 径 仪 读 数 或 H 值 为 in, 再 求 出 球 面 与 抛 物 面 间 h 的 差 值 为 in 将 该 差 值 与 球 径 仪 读 数 值 相 加 得 in 这 就 是 球 径 仪 上 测 出 的 要 求 抛 物 面 深 度 的 接 近 值 当 然, 要 进 行 这 种 测 量, 球 径 仪 的 测 杆 必 须 精 确 地 定 位 于 工 件 的 中 心 上 因 为 抛 物 曲 面 在 直 径 方 向 上 的 曲 率 是 不 断 变 化 的, 所 以 当 抛 物 面 完 全 成 型 后, 除 了 中 心 附 近 小 范 围 内 是 球 面 外, 仅 在 极 狭 的 迂 回 转 变 上 是 球 面, 因 此 需 要 用 弹 性 好 的 按 直 径 分 段 的 一 些 磨 具 已 证 明 将 小 块 瓷 砖 胶 到 泡 沫 橡 皮 上 制 成 的 磨 具 是 满 意 的 这 是 因 为 若 磨 具 是 耐 磨 的, 就 可 以 采 用 大 的 按 直 径 分 段 的 磨 具 重 要 之 点 在 于 : 为 了 获 得 最 佳 结 果, 这 些 按 直 径 分 段 的 磨 具 不 能 旋 转 虽 然 它 们 是 带 弹 性 的, 但 若 旋 转 的 话, 仍 会 形 成 球 形 表 面 泡 沫 橡 皮 应 是 高 质 量 的 市 售 的 许 多 级 别 的 泡 沫 橡 皮 质 量 低 劣, 效 果 很 差 粗 磨 时 最 好 选 用 1/3 直 径 的 磨 具, 细 磨 时 最 好 选 用 1/2 直 径 的 磨 具 固 定 在 海 绵 橡 皮 上 的 砖 块 数 在 按 直 径 分 段 的 磨 具 上 要 任 意 排 列, 无 特 殊 的 图 形 磨 具 至 少 偏 心 1/2 直 径 当 采 用 小 直 径 磨 具 时, 它 们 必 须 足 够 小 并 且 应 多 种 多 样, 然 后 按 常 规 把 瓷 砖 或 玻 璃 研 磨 平 滑 因 为 小 瓷 砖 面 积 很 小, 相 互 之 间 间 隔 较 宽, 从 而 减 少 了 磨 具 的 相 对 工 作 面 积, 模 具 的 面 形 变 化 快, 更 能 趋 近 抛 物 面 的 形 状 研 磨 开 始 时, 由 于 中 心 研 磨 区 的 作 用, 研 磨 呈 对 称 性 中 心 区 磨 出 后, 慢 慢 地 以 短 的 动 程 将 研 磨 扩 展 到 接 近 边 缘 的 差 改 区 域 对 差 改 边 缘 附 近 的 区 域, 加 工 量 按 如 下 确 定 : 球 径 仪 的 读 数 表 明 中 心 区 曲 足 够 深 时, 则 差 改 带 内 侧 的 表 面 不 必 研 磨 得 很 充 分 当 然 界 于 中 心 区 和 边 缘 区 之 间 的 情 况 还 不 清 楚, 但 可 试 一 试, 说 不 定 抛 物 面 已 进 入 抛 光 模 可 以 加 工 的 范 围 以 内 了 进 入 抛 光 模 加 工 范 围 的 意 义 不 能 只 就 其 字 面 上 的 意 思 因 为, 对 于 短 焦 距 抛 物 面 的 抛 光 与 修 正 的 量 要 比 仅 变 化 几 个 波 长 的 抛 物 面 的 修 整 量 大 几 倍 此 外, 这 时 的 磨 具 并 不 旋 转, 但 它 必 须 在 同 样 的 旋 转 位 置 上 形 成 研 磨 的 表 面 如 果 磨 具 可 第 120 页

148 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 以 旋 转, 就 会 切 出 槽, 其 结 果 类 似 于 洗 澡 盆 的 盆 底 有 些 工 人 用 另 外 型 式 的 抛 光 模, 能 否 成 功 尚 有 问 这 些 型 式 包 括 星 形 四 叶 瓣 形 和 点 列 花 样 形, 它 们 也 用 瓷 砖 面 泡 沫 橡 皮 作 底, 其 主 要 的 缺 点 是 径 向 运 动 受 到 限 制, 以 致 有 形 成 切 带 状 的 趋 势, 使 短 焦 距 抛 物 面 上 的 小 切 带 不 可 能 消 除 2. 光 学 表 面 蜡 涂 R. 莫 里 (Moreau) 和 箶 布 金 斯 曾 经 讨 论 了 在 细 磨 面 上 涂 蜡 来 模 拟 反 射 抛 光 面 与 透 射 抛 光 面 方 面 的 应 用 涂 蜡 抛 光 表 面 的 实 验 表 明, 由 表 及 里 145 号 或 95 号 砂 细 磨 过 的 表 面 可 以 用 巴 西 产 的 扇 棕 (Carnauba) 蜡 处 理 : 用 一 小 块 纸 片 将 表 面 轻 轻 涂 抹, 待 干 燥 后, 再 用 尼 龙 球 用 力 抛 光, 直 到 出 现 均 匀 和 亮 的 光 泽 为 止 当 然, 由 于 涂 沫 不 均 匀 仍 会 有 抛 光 不 均 匀 的 现 象, 但 光 学 检 验 时 不 会 引 起 困 难 这 种 蜡 涂 过 的 表 面 用 于 罗 契 检 验 能 方 便 地 观 察 到 罗 契 图, 但 不 能 用 于 刀 口 检 验 图 20.1 所 示 为 附 有 照 明 光 源 的 光 学 检 验 装 置 如 果 抛 光 时 采 用 可 挠 性 衬 底 的 磨 具, 则 用 与 研 磨 时 一 样 的 模 具 直 径 并 且 亦 不 旋 转 沥 青 抛 光 模 不 应 太 硬 也 不 要 把 方 格 制 作 得 太 大 或 太 厚 太 厚 的 方 格 模 面 在 海 绵 橡 皮 上 易 于 倾 斜 或 抛 出 带 状 面 形 抛 修 时 用 液 压 传 动, 以 往 复 摆 动 臂 来 带 动 一 只 小 型 的 可 挠 性 沥 青 抛 光 模 已 获 得 初 步 成 功 抛 光 时 用 Linde 图 20.1 上 面 部 分 表 示 用 F/1.0( 直 径 不 大 于 抛 光 粉 这 种 装 置 可 以 使 抛 光 模 在 需 要 修 正 的 任 何 12 in) 抛 物 面 反 射 镜 形 成 的 光 学 准 直 光 学 平 面 位 置 上 作 短 时 间 的 停 顿 用 另 外 两 种 抛 光 模 在 两 个 ( 光 学 平 晶 ) 是 不 需 要 的, 但 它 有 助 于 装 调 F/10 带 区 消 除 轻 度 的 不 规 则 面 形 是 切 实 可 行 的, 一 种 是 球 面 镜, 以 找 出 牛 顿 装 置 时 的 焦 平 面 中 间 部 分 表 示 激 光 通 过 球 面 反 射 的 照 明 光 源 如 果 球 面 镜 直 径 等 于 参 考 带 区 宽 度 不 开 槽 整 体 软 沥 青 型 的 ; 另 背 面 是 细 磨 过 的, 应 透 明 胶 带 纸 使 之 半 透 下 面 一 种 抛 光 模 与 第 一 种 抛 光 模 的 直 径 相 同 抛 光 模, 但 部 分 是 中 间 部 分 的 放 大 图, 所 不 同 的 是 有 一 块 用 海 绵 橡 皮 衬 底 的 沥 青 方 格 膜 面 这 些 抛 光 模 主 要 2mm 的 小 平 面 镜, 将 激 光 束 射 入 3mm 直 径 的 轴 在 最 后 抛 光 阶 段 作 修 正 之 用 抛 光 时 用 氧 化 或 承 球 光 源 束 器 Barnsite 细 抛 光 粉 在 检 验 前 的 一 段 短 时 间 内 抛 光 模 不 要 旋 转, 但 要 加 压 重, 并 谨 慎 地 用 微 量 的 偏 心 (2mm), 使 各 种 带 状 面 形 光 滑 起 来 3. 光 学 检 验 装 置 一 旦 抛 光 到 可 以 测 试, 则 检 测 时 应 能 得 到 表 面 形 状 的 真 实 塔 图 形 部 分 检 验 装 置 可 以 完 成 该 项 工 作, 但 大 部 分 均 有 某 些 缺 陷 所 有 准 直 物 镜 的 检 测 系 统 中 在 刀 口 检 验 时 都 会 产 生 色 差 问 题, 采 用 狭 带 滤 光 片 可 使 这 一 问 题 得 到 解 决 ; 若 采 用 黄 光 波 长, 则 可 以 获 得 最 好 的 对 比 度 曲 率 中 心 检 验 法 对 检 验 高 质 量 产 品 不 太 理 想, 因 为 广 角 的 发 散 光 束 与 会 聚 光 束 使 带 区 光 锥 的 交 点 难 以 精 确 测 量 检 验 许 多 高 质 量 F/1.0 抛 物 镜 的 一 种 方 法 早 已 由 德 雷 (Draper) 和 理 奇 及 其 他 所 采 用, 目 前 亦 有 许 多 熟 悉 这 种 方 法 的 人 正 在 应 用 但 这 台 仪 器 不 是 仓 促 搭 成 的, 而 是 必 须 精 密 地 制 造 才 能 达 到 要 求 的 结 果 图 20.1 是 牛 顿 装 置 的 原 因 图 :SP 是 短 焦 距 抛 物 面 ;LP 是 牛 顿 望 远 镜 ;S 是 光 源 ;L 是 小 球 面 聚 光 镜 直 角 棱 镜 将 光 束 偏 转 到 小 球 S, 小 球 S 将 光 束 大 大 地 放 大 ; d 为 斜 边 尺 寸 ;f1 和 f2 分 别 为 反 射 镜 的 焦 距 第 121 页

149 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 首 先 考 虑 的 问 题 涉 及 反 射 镜 的 镜 座, 镜 座 应 牢 固 并 带 有 横 向 对 准 和 倾 斜 的 精 密 调 整 机 构 严 格 的 准 直 性 极 为 重 要 的, 不 要 将 45 反 射 镜 安 装 到 极 限 位 置 光 源 与 聚 光 镜 装 在 十 字 导 轨 上, 可 以 聚 焦 并 调 节 垂 直 度 用 或 0.187in 的 玻 璃 棒 制 成 小 球, 在 玻 璃 棒 的 中 间 加 热, 然 后 轴 向 拉 长 形 成 两 个 象 铅 笔 状 的 尖 锐 小 点 断 开 玻 璃 头, 再 加 热 小 头 的 一 端 直 到 形 成 约 1/32in 大 小 的 玻 璃 小 球 在 火 焰 中 慢 慢 地 将 棒 向 上 拉 伸, 以 消 除 棒 或 球 中 的 应 力 这 种 球 状 光 源 扩 束 器 应 镀 银 或 3.1 校 准 若 不 用 导 轨 或 光 具 座 校 准 这 种 系 统, 则 首 先 应 建 立 起 光 学 导 轨 的 中 心 线 牛 顿 系 统 的 中 心 必 须 置 于 短 焦 距 抛 物 面 的 中 心 线 上, 这 可 以 在 横 穿 孔 径 胶 有 细 十 字 的 牛 顿 望 远 镜 孔 径 处 用 吊 铅 线 的 方 法 来 校 准 用 同 样 的 方 法 校 准 短 焦 距 反 射 镜, 所 有 元 件 沿 轴 向 平 面 内 应 具 有 相 同 的 高 度 移 动 45 放 置 的 呈 椭 圆 的 小 直 径 反 射 镜, 使 抛 物 面 中 心 区 的 大 部 分 不 被 遮 拦 这 是 切 实 可 行 的 办 法 将 如 图 20.1 所 示 的 检 验 平 面 即 镀 的 标 准 自 准 直 平 面 插 入 系 统 并 严 格 地 准 直, 装 上 刀 口 并 调 整 自 准 直 平 面 ( 不 是 牛 顿 观 察 望 远 镜 ), 观 察 由 牛 顿 抛 物 面 反 射 镜 的 自 准 直 刀 口 切 出 的 阴 影 图 这 一 步 完 成 后 就 构 成 用 短 焦 距 抛 物 面 测 试 的 参 考 准 直 仪 一 旦 这 种 调 整 实 现, 刀 口 必 须 无 轴 向 移 动, 但 应 位 于 牛 顿 望 远 镜 ( 抛 物 面 ) 的 焦 点 上 调 整 中 用 了 经 细 定 位 的 十 字 丝 及 铅, 以 确 保 镀 反 射 镜 的 十 字 丝 与 牛 顿 望 远 镜 开 口 处 的 十 字 丝 及 被 修 磨 反 射 镜 镜 座 上 的 反 射 镜 的 十 字 丝 有 同 样 的 高 度 所 有 十 字 丝 的 反 射 象 必 须 重 合 这 种 调 整 虽 不 可 能 做 得 太 仔 细, 但 无 论 如 何 也 不 能 使 系 统 的 这 部 分 失 调 精 密 调 整 完 成 后 就 可 以 移 去 标 准 平 面, 短 焦 距 抛 物 面 镜 就 可 以 与 光 源 棱 镜 及 球 形 光 源 一 并 组 合 起 来 开 始 研 磨 抛 物 面 时, 外 参 考 带 区 镀 是 合 理 的 以 有 助 于 对 准 如 果 对 准 前 已 完 成 抛 光, 则 可 在 中 心 区 上 胶 带 纸 而 仅 将 边 缘 参 考 带 区 露 出 调 整 这 种 反 射 镜 也 要 用 十 字 丝 及 铅 垂 线 根 据 中 心 线 定 中 反 射 镜, 两 块 反 射 镜 的 顶 点 尽 可 能 精 确 地 调 整 到 相 同 的 高 度, 以 使 所 有 零 件 的 中 心 在 同 一 高 度 上 初 调 整 时, 用 大 光 源 取 代 球 形 光 源 大 光 源 必 须 大 致 地 置 于 短 焦 距 抛 物 面 镜 的 焦 点 上 且 具 有 相 应 的 高 度 以 照 明 初 步 调 整 用 的 十 字 丝 根 据 观 察 到 的 刀 口 位 置 的 视 场 情 况 来 调 整 短 焦 距 抛 物 面, 所 以 必 须 将 刀 口 位 置 稍 微 下 移, 但 决 不 能 轴 向 移 动 如 果 刀 口 的 立 式 滑 座 在 适 当 的 位 置 上, 为 了 观 察 到 由 光 学 元 件 反 射 的 光 源, 虽 需 作 微 量 移 动 但 不 会 改 变 轴 向 位 置 调 整 短 焦 距 抛 物 面 镜, 使 该 抛 物 面 镜 上 的 十 字 丝 仅 仅 在 镀 铝 反 射 带 区 部 分 可 以 观 察 到 初 调 整 完 成 后, 移 去 大 光 源, 仍 在 该 处 装 上 小 型 球 光 源 首 先 用 高 度 测 量 标 尺 和 铅 垂 线 将 球 光 源 定 位 在 中 心 线 上, 然 后 用 测 微 器 将 球 光 源 根 据 调 焦 位 置 调 到 要 求 的 位 置 上 调 整 球 光 源 时, 常 会 出 现 看 不 到 的 情 况 这 是 因 为 球 光 源 的 表 面 不 是 一 个 测 量 点, 其 测 量 点 在 小 球 面 的 曲 率 中 心 处, 所 以 用 测 微 器 调 焦 定 位 以 前, 必 须 将 焦 距 减 去 光 源 的 半 直 径 通 过 多 次 测 量 使 光 源 的 位 置 尽 可 能 精 密 地 定 位 后, 将 棱 镜 放 入 离 短 焦 距 抛 物 镜 1in 以 内 处 如 果 棱 镜 的 位 置 太 靠 近 光 源, 则 会 拦 去 一 部 分 反 射 光 线, 所 以 应 调 整 棱 镜 的 高 度 使 之 位 于 中 心 线 上 小 直 角 棱 镜 或 镀 铝 小 反 射 镜 应 有 足 够 大 的 面 积 如 图 20.1 所 示 位 置 安 装 光 源 和 聚 光 镜 因 聚 光 镜 的 焦 距 短, 可 使 光 束 完 全 聚 焦 在 镀 铝 球 光 源 的 表 面 上 这 里 使 用 弧 灯 较 为 理 想, 因 为 灯 源 的 大 小 约 为 0.003in, 并 且 光 强 强 接 着 可 以 着 手 进 行 最 后 的 调 整 即 切 割 与 对 准 在 刀 口 上 最 好 使 用 目 镜, 若 看 到 象 散 图 象 则 说 明 光 学 元 件 处 于 夹 紧 的 状 态 下 第 一 个 象 通 常 是 偏 离 要 求 的, 但 是 易 于 调 整 如 果 长 焦 距 抛 物 面 应 有 的 焦 距 为 120in, 则 刀 口 的 放 大 率 约 为 肉 眼 观 察 的 20 倍, 据 此 可 检 验 一 下 该 系 统 的 孔 径 牛 顿 反 射 镜 的 孔 径 应 比 F/1.0 系 统 的 孔 径 稍 大 一 些 如 果 牛 顿 反 射 镜 的 孔 径 测 第 122 页

150 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 量 值 为 8in, 则 它 可 以 是 一 块 F/1.0 的 球 面 反 射 镜 这 两 个 焦 距 比 ( 抛 物 镜 为 6in, 被 检 反 射 镜 为 120in) 必 须 足 够 大, 以 保 证 放 大 20 倍 来 观 察 F/1.0 反 射 镜 表 面 的 修 正 情 况 进 行 粗 调 时, 可 根 据 刀 口 上 形 成 的 大 圆 来 估 计 各 种 调 整 的 稳 定 性 与 精 度 开 始 调 整 阶 段 较 为 困 难, 这 是 因 为 开 始 阶 段 要 仔 细 使 用 牛 顿 装 置 操 作 者 需 要 一 名 助 手, 先 将 光 源 会 聚 于 球 光 源 上, 再 用 大 光 源 看 看 光 源 是 否 到 达 刀 口 如 果 没 有 到 达 刀 口, 则 在 水 平 面 内 与 光 轴 垂 直 的 各 个 方 向 上 将 光 源 稍 移 动 一 下, 每 次 移 动 后 再 找 光 源 象 如 果 得 不 到 好 的 结 果, 则 将 光 源 返 回 到 原 始 位 置, 并 稍 微 调 整 一 下 准 直 性 每 次 调 整 后 要 重 新 寻 找 光 源 象 无 论 什 么 情 况 下 都 不 要 挪 动 长 焦 距 反 射 镜 或 系 统 中 各 部 件 的 零 件 如 果 光 线 通 过 系 统 后 不 能 反 射 回 来, 则 建 议 重 新 检 查 一 下 初 始 的 调 整 并 重 新 校 准 当 象 找 到 时, 用 方 法 再 一 次 作 精 细 调 整 因 为 这 是 一 种 共 轴 系 统, 用 十 字 丝 对 准 虽 是 有 利 的, 但 所 有 的 十 字 丝 象 都 应 重 合, 成 象 区 域 应 产 生 消 象 散 的 象, 并 且 刀 口 应 均 匀 地 切 割 参 考 带 的 边 缘 区 域 象 一 找 到, 精 确 的 位 置 也 就 确 定 了 而 且 不 可 以 再 走 动 此 时 长 焦 距 抛 物 面 镜 反 射 镜 及 刀 口 必 须 保 持 固 定, 仅 允 许 在 F/1.0 装 置 上 作 一 些 必 要 的 调 整 因 为 要 多 次 从 镜 座 中 取 下 和 放 上 短 焦 距 抛 物 面 镜, 故 镜 座 的 结 构 必 须 稳 定 如 果 整 个 装 置 不 需 要 重 新 对 准 的 话, 反 射 镜 必 须 靠 着 刚 性 固 定 的 光 栏, 用 易 于 松 开 的 压 力 弹 簧 固 紧 关 于 灵 敏 度 的 概 念 从 下 面 的 例 子 中 可 以 得 到 认 识 如 果 从 短 焦 距 抛 物 面 镜 到 照 明 球 光 源 的 距 离 变 化 0.001in, 则 长 焦 距 抛 物 面 会 聚 点 的 距 离 变 化 是 它 的 24 倍 没 有 这 样 大 的 放 大 倍 数 就 很 难 检 查 出 曲 率 中 心 的 带 区 误 差, 此 时 它 们 看 上 去 就 好 象 瑞 士 阿 尔 卑 斯 山 脉 那 样 地 起 伏 着 3.2 用 激 光 对 准 图 20.1 中 表 示 出 激 光 照 明 球 光 源 的 使 用 情 况 激 光 可 以 穿 透 贴 有 Scotch 胶 带 的 未 抛 光 的 细 磨 玻 璃 表 面, 使 激 光 束 很 容 易 地 穿 过 反 射 镜 投 射 于 球 玻 璃 表 面 上 当 然, 是 由 一 个 小 到 0.025in 的 镀 铝 平 面 反 射 镜 再 将 激 光 束 反 射 到 球 光 源 上 的 在 附 录 12 中 对 这 种 方 法 作 了 相 当 详 细 的 介 绍 复 杂 的 光 学 装 置 用 激 光 束 是 极 为 有 利 的, 可 以 用 低 功 率 的 激 光 器 一 台 额 定 功 率 为 0.3mv 的 激 光 器 就 可 以 够 用, 但 仍 不 可 以 没 有 保 护 玻 璃 或 中 性 滤 光 器 来 直 接 观 察 光 束 在 毛 玻 璃 屏 或 墻 上 观 察 刀 口 切 割 的 象 是 切 实 可 行 的, 也 可 用 类 似 的 投 影 方 法 观 察 罗 契 图 第 123 页

151 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 M. 布 朗 A. 德 范 尼 焦 比 为 F/2 或 小 于 F/2 的 短 焦 距 抛 物 面 镜 的 结 构 会 给 抛 物 面 镜 的 加 工 与 测 试 带 来 困 难 : 首 先, 它 与 最 接 近 球 面 曲 线 的 偏 离 量 大 ; 其 次, 要 得 到 用 于 观 察 表 面 质 量 的 一 束 无 崎 变 的 广 角 光 束 是 困 难 的. 一 把 球 面 变 为 接 近 要 求 的 抛 物 面 为 例, 通 常 的 做 法 是 把 中 心 带 区 加 深, 在 边 缘 形 成 与 球 面 相 切 的 抛 物 面 在 加 工 过 程 中 常 把 边 缘 区 作 为 可 靠 的 参 改 面 如 果 对 抛 物 面 的 焦 点 要 求 高, 则 必 须 选 择 不 变 形 的 边 缘 带 区 以 产 生 正 确 焦 点 的 球 面 曲 线 该 边 缘 或 参 考 带 区 必 须 始 终 保 持 着, 不 能 作 为 其 它 加 工 研 磨 阶 段, 为 检 验 抛 物 面 曾 尝 试 过 如 用 样 板 移 动 千 分 表 摆 动 千 分 表 和 球 径 仪 等 许 多 方 法, 但 很 少 成 功 除 样 板 外, 失 败 的 许 多 原 因 是 由 于 企 图 使 球 面 边 缘 区 域 变 形 幸 好 在 研 磨 与 抛 光 时 并 不 需 要 修 抛 就 可 以 把 F/2 的 球 面 变 为 F/1.02 的 抛 物 面, 形 成 一 块 高 质 量 的 抛 物 面 反 射 镜, 而 且, 如 果 用 下 面 所 述 的 适 当 方 法, 则 在 抛 光 所 能 达 到 的 范 围 内 修 磨 曲 面 是 可 能 的 1. 光 学 加 工 方 法 下 述 方 法 虽 然 不 是 最 好 的 方 法 但 一 直 在 成 功 地 应 用, 如 果 灵 活 使 用 可 以 做 得 更 好 第 一 步 根 据 要 求 的 抛 物 面 F 值, 选 择 适 当 的 球 面 半 径 第 二 步 细 磨 与 抛 光 球 面 成 为 一 个 旋 转 的 无 象 散 的 优 质 表 面, 特 别 是 使 在 边 缘 区 域, 也 就 是 在 直 径 上 0.25 in 宽 的 边 缘 带 区 无 象 散 要 使 该 球 面 产 生 正 确 的 焦 点 这 一 点 是 重 要 的 以 6 in F/1.0 抛 物 面 为 例, 计 算 了 球 面 边 缘 1 in 带 区 与 抛 物 面 间 的 差 值, 结 果 表 明 在 边 缘 的 最 大 差 值 为 in 用 一 般 球 径 仪 测 不 出 这 个 值, 然 而 市 售 的 斯 德 特 雷 斯 巴 电 子 球 径 仪 就 有 这 种 测 量 能 力 下 一 步 是 选 择 球 径 仪 的 测 量 环 直 径 为 6 in 的 抛 物 面 用 2.5in 的 测 量 环 首 先 求 出 2.5 in 测 量 环 的 球 径 仪 读 数 或 H 值 为 in, 再 求 出 球 面 与 抛 物 面 间 h 的 差 值 为 in 将 该 差 值 与 球 径 仪 读 数 值 相 加 得 in 这 就 是 球 径 仪 上 测 出 的 要 求 抛 物 面 深 度 的 接 近 值 当 然, 要 进 行 这 种 测 量, 球 径 仪 的 测 杆 必 须 精 确 地 定 位 于 工 件 的 中 心 上 因 为 抛 物 曲 面 在 直 径 方 向 上 的 曲 率 是 不 断 变 化 的, 所 以 当 抛 物 面 完 全 成 型 后, 除 了 中 心 附 近 小 范 围 内 是 球 面 外, 仅 在 极 狭 的 迂 回 转 变 上 是 球 面, 因 此 需 要 用 弹 性 好 的 按 直 径 分 段 的 一 些 磨 具 已 证 明 将 小 块 瓷 砖 胶 到 泡 沫 橡 皮 上 制 成 的 磨 具 是 满 意 的 这 是 因 为 若 磨 具 是 耐 磨 的, 就 可 以 采 用 大 的 按 直 径 分 段 的 磨 具 重 要 之 点 在 于 : 为 了 获 得 最 佳 结 果, 这 些 按 直 径 分 段 的 磨 具 不 能 旋 转 虽 然 它 们 是 带 弹 性 的, 但 若 旋 转 的 话, 仍 会 形 成 球 形 表 面 泡 沫 橡 皮 应 是 高 质 量 的 市 售 的 许 多 级 别 的 泡 沫 橡 皮 质 量 低 劣, 效 果 很 差 粗 磨 时 最 好 选 用 1/3 直 径 的 磨 具, 细 磨 时 最 好 选 用 1/2 直 径 的 磨 具 固 定 在 海 绵 橡 皮 上 的 砖 块 数 在 按 直 径 分 段 的 磨 具 上 要 任 意 排 列, 无 特 殊 的 图 形 磨 具 至 少 偏 心 1/2 直 径 当 采 用 小 直 径 磨 具 时, 它 们 必 须 足 够 小 并 且 应 多 种 多 样, 然 后 按 常 规 把 瓷 砖 或 玻 璃 研 磨 平 滑 因 为 小 瓷 砖 面 积 很 小, 相 互 之 间 间 隔 较 宽, 从 而 减 少 了 磨 具 的 相 对 工 作 面 积, 模 具 的 面 形 变 化 快, 更 能 趋 近 抛 物 面 的 形 状 研 磨 开 始 时, 由 于 中 心 研 磨 区 的 作 用, 研 磨 呈 对 称 性 中 心 区 磨 出 后, 慢 慢 地 以 短 的 动 程 将 研 磨 扩 展 到 接 近 边 缘 的 差 改 区 域 对 差 改 边 缘 附 近 的 区 域, 加 工 量 按 如 下 确 定 : 球 径 仪 的 读 数 表 明 中 心 区 曲 足 够 深 时, 则 差 改 带 内 侧 的 表 面 不 必 研 磨 得 很 充 分 当 然 界 于 中 心 区 和 边 缘 区 之 间 的 情 况 还 不 清 楚, 但 可 试 一 试, 说 不 定 抛 物 面 已 进 入 抛 光 模 可 以 加 工 的 范 围 以 内 了 进 入 抛 光 模 加 工 范 围 的 意 义 不 能 只 就 其 字 面 上 的 意 思 因 为, 对 于 短 焦 距 抛 物 面 的 抛 光 与 修 正 的 量 要 比 仅 变 化 几 个 波 长 的 抛 物 面 的 修 整 量 大 几 倍 此 外, 这 时 的 磨 具 并 不 旋 转, 但 它 必 须 在 同 样 的 旋 转 位 置 上 形 成 研 磨 的 表 面 如 果 磨 具 可 第 120 页

152 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 以 旋 转, 就 会 切 出 槽, 其 结 果 类 似 于 洗 澡 盆 的 盆 底 有 些 工 人 用 另 外 型 式 的 抛 光 模, 能 否 成 功 尚 有 问 这 些 型 式 包 括 星 形 四 叶 瓣 形 和 点 列 花 样 形, 它 们 也 用 瓷 砖 面 泡 沫 橡 皮 作 底, 其 主 要 的 缺 点 是 径 向 运 动 受 到 限 制, 以 致 有 形 成 切 带 状 的 趋 势, 使 短 焦 距 抛 物 面 上 的 小 切 带 不 可 能 消 除 2. 光 学 表 面 蜡 涂 R. 莫 里 (Moreau) 和 箶 布 金 斯 曾 经 讨 论 了 在 细 磨 面 上 涂 蜡 来 模 拟 反 射 抛 光 面 与 透 射 抛 光 面 方 面 的 应 用 涂 蜡 抛 光 表 面 的 实 验 表 明, 由 表 及 里 145 号 或 95 号 砂 细 磨 过 的 表 面 可 以 用 巴 西 产 的 扇 棕 (Carnauba) 蜡 处 理 : 用 一 小 块 纸 片 将 表 面 轻 轻 涂 抹, 待 干 燥 后, 再 用 尼 龙 球 用 力 抛 光, 直 到 出 现 均 匀 和 亮 的 光 泽 为 止 当 然, 由 于 涂 沫 不 均 匀 仍 会 有 抛 光 不 均 匀 的 现 象, 但 光 学 检 验 时 不 会 引 起 困 难 这 种 蜡 涂 过 的 表 面 用 于 罗 契 检 验 能 方 便 地 观 察 到 罗 契 图, 但 不 能 用 于 刀 口 检 验 图 20.1 所 示 为 附 有 照 明 光 源 的 光 学 检 验 装 置 如 果 抛 光 时 采 用 可 挠 性 衬 底 的 磨 具, 则 用 与 研 磨 时 一 样 的 模 具 直 径 并 且 亦 不 旋 转 沥 青 抛 光 模 不 应 太 硬 也 不 要 把 方 格 制 作 得 太 大 或 太 厚 太 厚 的 方 格 模 面 在 海 绵 橡 皮 上 易 于 倾 斜 或 抛 出 带 状 面 形 抛 修 时 用 液 压 传 动, 以 往 复 摆 动 臂 来 带 动 一 只 小 型 的 可 挠 性 沥 青 抛 光 模 已 获 得 初 步 成 功 抛 光 时 用 Linde 图 20.1 上 面 部 分 表 示 用 F/1.0( 直 径 不 大 于 抛 光 粉 这 种 装 置 可 以 使 抛 光 模 在 需 要 修 正 的 任 何 12 in) 抛 物 面 反 射 镜 形 成 的 光 学 准 直 光 学 平 面 位 置 上 作 短 时 间 的 停 顿 用 另 外 两 种 抛 光 模 在 两 个 ( 光 学 平 晶 ) 是 不 需 要 的, 但 它 有 助 于 装 调 F/10 带 区 消 除 轻 度 的 不 规 则 面 形 是 切 实 可 行 的, 一 种 是 球 面 镜, 以 找 出 牛 顿 装 置 时 的 焦 平 面 中 间 部 分 表 示 激 光 通 过 球 面 反 射 的 照 明 光 源 如 果 球 面 镜 直 径 等 于 参 考 带 区 宽 度 不 开 槽 整 体 软 沥 青 型 的 ; 另 背 面 是 细 磨 过 的, 应 透 明 胶 带 纸 使 之 半 透 下 面 一 种 抛 光 模 与 第 一 种 抛 光 模 的 直 径 相 同 抛 光 模, 但 部 分 是 中 间 部 分 的 放 大 图, 所 不 同 的 是 有 一 块 用 海 绵 橡 皮 衬 底 的 沥 青 方 格 膜 面 这 些 抛 光 模 主 要 2mm 的 小 平 面 镜, 将 激 光 束 射 入 3mm 直 径 的 轴 在 最 后 抛 光 阶 段 作 修 正 之 用 抛 光 时 用 氧 化 或 承 球 光 源 束 器 Barnsite 细 抛 光 粉 在 检 验 前 的 一 段 短 时 间 内 抛 光 模 不 要 旋 转, 但 要 加 压 重, 并 谨 慎 地 用 微 量 的 偏 心 (2mm), 使 各 种 带 状 面 形 光 滑 起 来 3. 光 学 检 验 装 置 一 旦 抛 光 到 可 以 测 试, 则 检 测 时 应 能 得 到 表 面 形 状 的 真 实 塔 图 形 部 分 检 验 装 置 可 以 完 成 该 项 工 作, 但 大 部 分 均 有 某 些 缺 陷 所 有 准 直 物 镜 的 检 测 系 统 中 在 刀 口 检 验 时 都 会 产 生 色 差 问 题, 采 用 狭 带 滤 光 片 可 使 这 一 问 题 得 到 解 决 ; 若 采 用 黄 光 波 长, 则 可 以 获 得 最 好 的 对 比 度 曲 率 中 心 检 验 法 对 检 验 高 质 量 产 品 不 太 理 想, 因 为 广 角 的 发 散 光 束 与 会 聚 光 束 使 带 区 光 锥 的 交 点 难 以 精 确 测 量 检 验 许 多 高 质 量 F/1.0 抛 物 镜 的 一 种 方 法 早 已 由 德 雷 (Draper) 和 理 奇 及 其 他 所 采 用, 目 前 亦 有 许 多 熟 悉 这 种 方 法 的 人 正 在 应 用 但 这 台 仪 器 不 是 仓 促 搭 成 的, 而 是 必 须 精 密 地 制 造 才 能 达 到 要 求 的 结 果 图 20.1 是 牛 顿 装 置 的 原 因 图 :SP 是 短 焦 距 抛 物 面 ;LP 是 牛 顿 望 远 镜 ;S 是 光 源 ;L 是 小 球 面 聚 光 镜 直 角 棱 镜 将 光 束 偏 转 到 小 球 S, 小 球 S 将 光 束 大 大 地 放 大 ; d 为 斜 边 尺 寸 ;f1 和 f2 分 别 为 反 射 镜 的 焦 距 第 121 页

153 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 首 先 考 虑 的 问 题 涉 及 反 射 镜 的 镜 座, 镜 座 应 牢 固 并 带 有 横 向 对 准 和 倾 斜 的 精 密 调 整 机 构 严 格 的 准 直 性 极 为 重 要 的, 不 要 将 45 反 射 镜 安 装 到 极 限 位 置 光 源 与 聚 光 镜 装 在 十 字 导 轨 上, 可 以 聚 焦 并 调 节 垂 直 度 用 或 0.187in 的 玻 璃 棒 制 成 小 球, 在 玻 璃 棒 的 中 间 加 热, 然 后 轴 向 拉 长 形 成 两 个 象 铅 笔 状 的 尖 锐 小 点 断 开 玻 璃 头, 再 加 热 小 头 的 一 端 直 到 形 成 约 1/32in 大 小 的 玻 璃 小 球 在 火 焰 中 慢 慢 地 将 棒 向 上 拉 伸, 以 消 除 棒 或 球 中 的 应 力 这 种 球 状 光 源 扩 束 器 应 镀 银 或 3.1 校 准 若 不 用 导 轨 或 光 具 座 校 准 这 种 系 统, 则 首 先 应 建 立 起 光 学 导 轨 的 中 心 线 牛 顿 系 统 的 中 心 必 须 置 于 短 焦 距 抛 物 面 的 中 心 线 上, 这 可 以 在 横 穿 孔 径 胶 有 细 十 字 的 牛 顿 望 远 镜 孔 径 处 用 吊 铅 线 的 方 法 来 校 准 用 同 样 的 方 法 校 准 短 焦 距 反 射 镜, 所 有 元 件 沿 轴 向 平 面 内 应 具 有 相 同 的 高 度 移 动 45 放 置 的 呈 椭 圆 的 小 直 径 反 射 镜, 使 抛 物 面 中 心 区 的 大 部 分 不 被 遮 拦 这 是 切 实 可 行 的 办 法 将 如 图 20.1 所 示 的 检 验 平 面 即 镀 的 标 准 自 准 直 平 面 插 入 系 统 并 严 格 地 准 直, 装 上 刀 口 并 调 整 自 准 直 平 面 ( 不 是 牛 顿 观 察 望 远 镜 ), 观 察 由 牛 顿 抛 物 面 反 射 镜 的 自 准 直 刀 口 切 出 的 阴 影 图 这 一 步 完 成 后 就 构 成 用 短 焦 距 抛 物 面 测 试 的 参 考 准 直 仪 一 旦 这 种 调 整 实 现, 刀 口 必 须 无 轴 向 移 动, 但 应 位 于 牛 顿 望 远 镜 ( 抛 物 面 ) 的 焦 点 上 调 整 中 用 了 经 细 定 位 的 十 字 丝 及 铅, 以 确 保 镀 反 射 镜 的 十 字 丝 与 牛 顿 望 远 镜 开 口 处 的 十 字 丝 及 被 修 磨 反 射 镜 镜 座 上 的 反 射 镜 的 十 字 丝 有 同 样 的 高 度 所 有 十 字 丝 的 反 射 象 必 须 重 合 这 种 调 整 虽 不 可 能 做 得 太 仔 细, 但 无 论 如 何 也 不 能 使 系 统 的 这 部 分 失 调 精 密 调 整 完 成 后 就 可 以 移 去 标 准 平 面, 短 焦 距 抛 物 面 镜 就 可 以 与 光 源 棱 镜 及 球 形 光 源 一 并 组 合 起 来 开 始 研 磨 抛 物 面 时, 外 参 考 带 区 镀 是 合 理 的 以 有 助 于 对 准 如 果 对 准 前 已 完 成 抛 光, 则 可 在 中 心 区 上 胶 带 纸 而 仅 将 边 缘 参 考 带 区 露 出 调 整 这 种 反 射 镜 也 要 用 十 字 丝 及 铅 垂 线 根 据 中 心 线 定 中 反 射 镜, 两 块 反 射 镜 的 顶 点 尽 可 能 精 确 地 调 整 到 相 同 的 高 度, 以 使 所 有 零 件 的 中 心 在 同 一 高 度 上 初 调 整 时, 用 大 光 源 取 代 球 形 光 源 大 光 源 必 须 大 致 地 置 于 短 焦 距 抛 物 面 镜 的 焦 点 上 且 具 有 相 应 的 高 度 以 照 明 初 步 调 整 用 的 十 字 丝 根 据 观 察 到 的 刀 口 位 置 的 视 场 情 况 来 调 整 短 焦 距 抛 物 面, 所 以 必 须 将 刀 口 位 置 稍 微 下 移, 但 决 不 能 轴 向 移 动 如 果 刀 口 的 立 式 滑 座 在 适 当 的 位 置 上, 为 了 观 察 到 由 光 学 元 件 反 射 的 光 源, 虽 需 作 微 量 移 动 但 不 会 改 变 轴 向 位 置 调 整 短 焦 距 抛 物 面 镜, 使 该 抛 物 面 镜 上 的 十 字 丝 仅 仅 在 镀 铝 反 射 带 区 部 分 可 以 观 察 到 初 调 整 完 成 后, 移 去 大 光 源, 仍 在 该 处 装 上 小 型 球 光 源 首 先 用 高 度 测 量 标 尺 和 铅 垂 线 将 球 光 源 定 位 在 中 心 线 上, 然 后 用 测 微 器 将 球 光 源 根 据 调 焦 位 置 调 到 要 求 的 位 置 上 调 整 球 光 源 时, 常 会 出 现 看 不 到 的 情 况 这 是 因 为 球 光 源 的 表 面 不 是 一 个 测 量 点, 其 测 量 点 在 小 球 面 的 曲 率 中 心 处, 所 以 用 测 微 器 调 焦 定 位 以 前, 必 须 将 焦 距 减 去 光 源 的 半 直 径 通 过 多 次 测 量 使 光 源 的 位 置 尽 可 能 精 密 地 定 位 后, 将 棱 镜 放 入 离 短 焦 距 抛 物 镜 1in 以 内 处 如 果 棱 镜 的 位 置 太 靠 近 光 源, 则 会 拦 去 一 部 分 反 射 光 线, 所 以 应 调 整 棱 镜 的 高 度 使 之 位 于 中 心 线 上 小 直 角 棱 镜 或 镀 铝 小 反 射 镜 应 有 足 够 大 的 面 积 如 图 20.1 所 示 位 置 安 装 光 源 和 聚 光 镜 因 聚 光 镜 的 焦 距 短, 可 使 光 束 完 全 聚 焦 在 镀 铝 球 光 源 的 表 面 上 这 里 使 用 弧 灯 较 为 理 想, 因 为 灯 源 的 大 小 约 为 0.003in, 并 且 光 强 强 接 着 可 以 着 手 进 行 最 后 的 调 整 即 切 割 与 对 准 在 刀 口 上 最 好 使 用 目 镜, 若 看 到 象 散 图 象 则 说 明 光 学 元 件 处 于 夹 紧 的 状 态 下 第 一 个 象 通 常 是 偏 离 要 求 的, 但 是 易 于 调 整 如 果 长 焦 距 抛 物 面 应 有 的 焦 距 为 120in, 则 刀 口 的 放 大 率 约 为 肉 眼 观 察 的 20 倍, 据 此 可 检 验 一 下 该 系 统 的 孔 径 牛 顿 反 射 镜 的 孔 径 应 比 F/1.0 系 统 的 孔 径 稍 大 一 些 如 果 牛 顿 反 射 镜 的 孔 径 测 第 122 页

154 第 二 十 章 短 焦 距 抛 物 面 镜 量 值 为 8in, 则 它 可 以 是 一 块 F/1.0 的 球 面 反 射 镜 这 两 个 焦 距 比 ( 抛 物 镜 为 6in, 被 检 反 射 镜 为 120in) 必 须 足 够 大, 以 保 证 放 大 20 倍 来 观 察 F/1.0 反 射 镜 表 面 的 修 正 情 况 进 行 粗 调 时, 可 根 据 刀 口 上 形 成 的 大 圆 来 估 计 各 种 调 整 的 稳 定 性 与 精 度 开 始 调 整 阶 段 较 为 困 难, 这 是 因 为 开 始 阶 段 要 仔 细 使 用 牛 顿 装 置 操 作 者 需 要 一 名 助 手, 先 将 光 源 会 聚 于 球 光 源 上, 再 用 大 光 源 看 看 光 源 是 否 到 达 刀 口 如 果 没 有 到 达 刀 口, 则 在 水 平 面 内 与 光 轴 垂 直 的 各 个 方 向 上 将 光 源 稍 移 动 一 下, 每 次 移 动 后 再 找 光 源 象 如 果 得 不 到 好 的 结 果, 则 将 光 源 返 回 到 原 始 位 置, 并 稍 微 调 整 一 下 准 直 性 每 次 调 整 后 要 重 新 寻 找 光 源 象 无 论 什 么 情 况 下 都 不 要 挪 动 长 焦 距 反 射 镜 或 系 统 中 各 部 件 的 零 件 如 果 光 线 通 过 系 统 后 不 能 反 射 回 来, 则 建 议 重 新 检 查 一 下 初 始 的 调 整 并 重 新 校 准 当 象 找 到 时, 用 方 法 再 一 次 作 精 细 调 整 因 为 这 是 一 种 共 轴 系 统, 用 十 字 丝 对 准 虽 是 有 利 的, 但 所 有 的 十 字 丝 象 都 应 重 合, 成 象 区 域 应 产 生 消 象 散 的 象, 并 且 刀 口 应 均 匀 地 切 割 参 考 带 的 边 缘 区 域 象 一 找 到, 精 确 的 位 置 也 就 确 定 了 而 且 不 可 以 再 走 动 此 时 长 焦 距 抛 物 面 镜 反 射 镜 及 刀 口 必 须 保 持 固 定, 仅 允 许 在 F/1.0 装 置 上 作 一 些 必 要 的 调 整 因 为 要 多 次 从 镜 座 中 取 下 和 放 上 短 焦 距 抛 物 面 镜, 故 镜 座 的 结 构 必 须 稳 定 如 果 整 个 装 置 不 需 要 重 新 对 准 的 话, 反 射 镜 必 须 靠 着 刚 性 固 定 的 光 栏, 用 易 于 松 开 的 压 力 弹 簧 固 紧 关 于 灵 敏 度 的 概 念 从 下 面 的 例 子 中 可 以 得 到 认 识 如 果 从 短 焦 距 抛 物 面 镜 到 照 明 球 光 源 的 距 离 变 化 0.001in, 则 长 焦 距 抛 物 面 会 聚 点 的 距 离 变 化 是 它 的 24 倍 没 有 这 样 大 的 放 大 倍 数 就 很 难 检 查 出 曲 率 中 心 的 带 区 误 差, 此 时 它 们 看 上 去 就 好 象 瑞 士 阿 尔 卑 斯 山 脉 那 样 地 起 伏 着 3.2 用 激 光 对 准 图 20.1 中 表 示 出 激 光 照 明 球 光 源 的 使 用 情 况 激 光 可 以 穿 透 贴 有 Scotch 胶 带 的 未 抛 光 的 细 磨 玻 璃 表 面, 使 激 光 束 很 容 易 地 穿 过 反 射 镜 投 射 于 球 玻 璃 表 面 上 当 然, 是 由 一 个 小 到 0.025in 的 镀 铝 平 面 反 射 镜 再 将 激 光 束 反 射 到 球 光 源 上 的 在 附 录 12 中 对 这 种 方 法 作 了 相 当 详 细 的 介 绍 复 杂 的 光 学 装 置 用 激 光 束 是 极 为 有 利 的, 可 以 用 低 功 率 的 激 光 器 一 台 额 定 功 率 为 0.3mv 的 激 光 器 就 可 以 够 用, 但 仍 不 可 以 没 有 保 护 玻 璃 或 中 性 滤 光 器 来 直 接 观 察 光 束 在 毛 玻 璃 屏 或 墻 上 观 察 刀 口 切 割 的 象 是 切 实 可 行 的, 也 可 用 类 似 的 投 影 方 法 观 察 罗 契 图 第 123 页

155 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 本 章 作 为 一 个 单 元 来 讨 论 各 种 口 径 的 施 密 特 相 机 的 结 构, 特 别 强 调 其 制 造 的 特 点 业 余 望 远 镜 制 造 者, 常 常 不 可 能 了 解 应 该 用 什 么 工 具 及 用 什 么 样 的 临 时 解 决 办 法 来 加 工 大 型 主 镜 这 里 提 出 几 种 可 以 使 用 的 方 法 并 介 绍 了 孔 径 小 于 f/1.5 校 正 板 的 加 工 方 法, 首 先 在 带 区 抛 出 斜 面, 然 后 在 带 建 立 一 个 中 性 带 区, 用 参 考 曲 面 较 好 地 校 正 色 差, 同 时 细 磨 与 抛 光 校 正 正 板 1. 设 计 工 艺 操 作 人 员 一 般 并 不 关 心 施 密 特 相 机 的 设 计 问 题, 而 只 关 心 它 们 的 制 造 方 法 这 里 的 目 的 是 为 愿 意 制 作 这 种 相 机 的 业 余 天 文 爱 好 者 提 供 一 个 专 门 的 设 计 方 法 专 业 光 学 操 作 者 和 天 文 工 作 者 把 大 量 的 成 绩 归 功 于 业 余 光 学 工 人 和 天 文 爱 好 者, 他 们 制 造 了 自 己 所 用 的 望 远 镜 和 施 密 特 相 机 美 国 第 一 架 施 密 特 相 机 是 由 业 余 望 远 镜 制 造 者 制 造 的, 它 要 比 威 尔 逊 山 天 文 台 的 D. 亨 德 里 克 斯 或 M. 布 郎 制 造 的 天 文 上 使 用 的 相 机 早 很 多 年 图 21.1 示 出 了 F/1.5 施 密 特 照 相 机, 该 相 机 可 按 业 余 望 远 镜 制 造 者 的 方 法 来 制 造 所 有 施 密 特 照 相 机 的 基 本 形 式 是 主 球 面 镜 孔 径 比 预 先 确 定 的 薄 校 正 板 的 孔 径 大 位 于 主 镜 曲 率 中 心 处 的 校 正 板 的 非 球 面 斜 面 消 除 了 系 统 的 球 面 象 差 球 面 镜 的 焦 距 等 于 球 面 曲 率 半 径 的 二 分 之 一, 也 就 是 球 面 镜 的 焦 面 位 于 主 镜 与 校 正 板 的 中 间 因 此, 必 须 用 金 属 球 面 凸 模 将 胶 片 弯 成 球 面,, 并 使 其 紧 密 地 安 装 在 片 盒 内 F/1.5 相 机 的 孔 径 为 7.5in; 主 镜 的 直 径 为 12in; 玻 璃 毛 坯 孔 径 要 比 要 求 大 1in 这 是 因 为 抛 光 时, 为 使 表 面 不 塌 边 要 花 很 长 的 时 间 曲 率 半 径 为 22.28/in, 胶 片 平 面 位 于 11.45in 处, 这 也 就 是 剪 下 的 胶 片 所 必 须 弯 曲 的 曲 率 半 径 预 先 剪 下 的 胶 片 图 21.1 制 作 施 密 特 相 机 的 数 据 直 径 为 2.75in, 夹 具 的 直 径 比 胶 片 稍 大 一 些 已 经 制 造 出 了 大 小 为 52in 的 F/30 施 密 特 照 相 机 帕 罗 马 尔 山 的 一 架 48in 的 相 机 已 经 使 用 了 20 多 年, 用 于 观 察 天 空 中 的 大 部 分 星 象, 该 相 机 主 镜 直 径 的 大 小 与 胶 片 的 大 小 相 适 应, 焦 比 为 F/ 主 镜 的 制 造 由 于 大 磨 轮 的 价 格 太 高, 在 第 二 章 里 讨 论 了 用 较 小 的 金 刚 石 磨 轮 加 工 也 大 主 镜 的 曲 率 半 径 简 单 地 说, 就 是 用 磨 轮 角 度 的 倾 斜 来 逐 步 加 深 矢 高 的 深 度 另 一 种 成 功 的 方 法 是 用 淬 硬 的 钢 丸 喷 射 法 制 造 出 及 射 镜 球 面 制 作 一 块 用 于 检 验 的 球 面 样 板, 并 在 玻 璃 毛 坯 的 四 周 粘 上 胶 带 纸 以 保 护 玻 璃 毛 坯 的 边 缘 用 沥 青 胶 将 陶 制 将 瓷 砖 粘 到 具 有 相 近 曲 率 半 径 的 铝 模 具 上, 制 成 研 磨 模 有 些 小 的 光 学 车 间, 没 有 足 够 大 的 铣 磨 机 来 铣 磨 中 等 尺 寸 的 反 射 镜, 则 可 用 车 床 将 它 们 粗 加 工 用 沥 青 胶 将 反 射 镜 胶 到 平 板 上, 然 后 用 长 度 等 于 曲 率 半 径 的 径 向 臂, 通 过 一 根 枢 轴 将 反 射 镜 与 尾 架 联 接 起 来, 再 用 碳 化 钨 硬 质 合 金 或 金 第 124 页

156 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 刚 石 工 具 将 玻 璃 切 削 到 要 求 的 曲 率 半 径 在 加 工 曲 面 时, 旋 转 尾 架 轴, 使 径 向 臂 玻 璃 进 给, 同 时 在 槽 中 夹 持 径 向 臂 的 横 向 进 刀 架, 实 现 横 穿 玻 璃 毛 坯 的 往 返 进 刀 加 工 时 应 用 煤 油 作 冷 却 剂, 以 除 去 玻 璃 粉 屑 12in 玻 璃 毛 坯 的 切 削 时 间 大 约 为 6 小 时 切 削 到 玻 璃 毛 坯 边 缘 为 0.25in 时 停 止 曲 面 加 工 这 是 因 为 切 削 边 缘 图 21.2 用 碳 化 钨 硬 质 合 金 刀 具 的 刀 刃 有 崩 边 的 危 险 ( 见 图 21.2) 在 车 床 上 削 球 面 的 曲 率 半 径 ( 在 离 边 缘 0.2in 时 应 该 停 止 切 削 ) 用 油 将 陶 制 将 瓷 砖 粘 合 在 反 射 镜 的 球 面 上, 制 成 磨 具, 再 将 熟 石 膏 倒 在 反 射 镜 与 瓷 砖 熟 石 膏 表 面 上 涂 刷 几 层 虫 胶 漆 因 为 车 削 时 会 引 起 大 缺 口, 所 以 当 用 80 号 碳 化 硅 金 刚 砂 研 磨 到 最 深 缺 口 深 度 为 0.2in 以 上 时, 用 样 板 控 制 曲 率 半 径, 最 后 检 验 一 下 结 果, 然 后 再 用 常 规 方 法 进 行 细 磨 与 抛 光 3. 正 如 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 中 所 述, 用 刀 口 法 检 验 短 焦 距 球 面 时, 由 于 光 源 与 刀 口 的 视 差 将 导 致 阴 影 判 断 的 错 误 另 一 个 缺 点 是 光 源 的 圆 锥 角 不 能 照 明 球 面 的 全 孔 径 为 克 服 该 缺 点 研 制 了 不 能 检 验 仪 ( 见 第 二 十 五 章 ) 文 中 指 出 用 20 显 微 镜 物 镜 可 以 使 光 锥 角 成 为 更 为 发 散 的 光 源 半 镀 银 的 显 微 镜 盖 玻 片 以 45 0 角 放 于 物 镜 的 前 面, 使 刀 口 与 眼 睛 位 于 光 轴 上 来 检 验 球 面 ( 见 图 21.3) 一 般 用 10 或 图 21.3 球 面 反 射 镜 的 共 轴 观 察 法, 8 物 镜, 但 必 须 使 反 射 镜 的 四 周 或 边 缘 全 部 是 照 明 的 另 一 种 方 法 是 用 如 图 29.3 所 示 装 置 观 察 稍 许 离 轴 罗 契 图 找 一 块 面 形 质 量 为 一 个 波 长 ( 两 个 光 图 ) 左 右 的 盖 玻 片, 将 其 一 面 镀 银 在 光 学 平 晶 上 检 验 盖 玻 片 的 质 量 是 相 当 困 难 的, 因 为 不 规 则 的 等 厚 菲 索 条 纹 与 面 形 质 量 的 条 纹 彼 此 混 淆 具 有 两 条 等 厚 ( 菲 索 ) 条 纹 的 盖 玻 片 不 必 再 进 一 步 检 验 为 了 检 验 薄 盖 玻 片 的 平 面 性, 在 光 学 平 晶 上 放 一 张 薄 的 透 镜 纸, 再 放 上 盖 玻 片, 用 铅 笔 上 的 清 洁 的 橡 皮 头 压 住 玻 璃, 将 玻 璃 纸 慢 慢 地 从 盖 玻 片 下 抽 出, 为 了 不 考 虑 由 厚 度 引 起 的 菲 索 条 纹, 可 挑 选 表 面 优 于 光 圈 质 量 的 盖 玻 片 找 到 具 有 这 种 质 量 的 显 微 镜 盖 玻 片 以 后, 再 在 这 个 面 上 稍 微 镀 些 银 如 果 用 具 有 0.005in 针 孔 的 显 微 镜 管 固 定 光 源 (6W) 则 一 般 不 镀 银 也 可 以 用 狭 缝 的 象 一 般 来 说 并 不 放 大, 通 过 系 统 后 只 有 in 大 小 将 具 有 一 个 研 磨 面 ( 用 于 研 磨 模 研 磨 ) 及 钻 了 两 个 孔 的 45 0 金 属 管 装 在 显 微 镜 物 镜 上, 用 三 只 DUCO 胶 点 将 显 微 镜 盖 玻 片 粘 在 研 磨 过 的 金 属 表 面 上 万 能 检 验 仪 应 作 为 光 学 车 间 长 距 离 共 轴 测 试 的 常 用 仪 器, 可 以 将 罗 契 光 栅 或 胡 须 刀 片 交 替 插 入 镜 筒 业 余 爱 好 者 可 采 用 带 有 磨 砂 表 面 的 小 直 角 棱 镜 上 的 罗 契 光 栅 ( 见 图 29.3). 等 间 距 平 行 的 罗 契 图 是 符 合 要 求 的 图 形 ( 见 图 A14.2) 4. 校 正 板 校 正 板 的 材 料 可 以 是 人 造 氟 化 钙 石 英 晶 体 紫 外 玻 璃 平 板 玻 璃 和 光 学 玻 璃 用 于 月 球 上 对 晶 体 作 紫 外 测 量 的 施 密 特 相 机 上 有 一 块 小 孔 径 的 氟 化 钙 校 正 板 1940 年 采 用 的 紫 外 玻 璃 是 块 平 板 玻 璃, 当 时 就 用 它 制 作 了 几 只 施 密 特 相 机, 然 而 这 种 玻 璃 不 再 用 了 厚 度 由 0.25in 到 大 于 1.0in 的 平 板 玻 璃 是 可 以 获 得 的, 用 1.0in 厚 的 平 板 玻 璃 制 作, 直 径 为 48in 的 施 密 特 相 机 的 校 正 板, 平 板 玻 璃 的 缺 点 是 边 缘 呈 绿 色, 它 象 所 有 制 作 校 正 板 的 玻 璃 一 样 必 须 检 验 其 均 匀 性 及 应 力 美 国 和 外 国 许 多 公 司 都 能 提 供 最 易 得 到 的 冕 牌 光 学 玻 璃, 市 上 亦 有 一 些 透 紫 外 的 肖 特 公 第 125 页

157 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 司 的 B5 5 玻 璃 和 K50 玻 璃 供 应 光 学 玻 璃 应 不 带 颜 色, 如 果 能 找 到 石 英 玻 璃 那 就 更 好 因 为 玻 璃 已 粗 抛 光 过, 可 以 检 验 其 应 力 条 纹 和 气 泡 为 了 检 验 应 力, 磨 边 前, 横 穿 玻 璃 孔 径 取 下 一 块 样 品 并 且 在 漫 射 的 强 光 照 明 下 使 用 两 块 正 交 的 偏 振 片 用 描 图 纸 遮 住 小 台 灯 的 通 光 孔 径, 再 用 胶 带 纸 将 一 块 偏 振 片 固 定 住, 构 成 一 台 应 力 检 验 仪, 然 后 放 上 上 述 试 样 及 第 二 块 偏 振 片 第 二 块 偏 振 片 应 相 对 灯 源 前 的 透 光 偏 振 片 旋 转, 此 时 可 以 观 察 到 无 颜 色 或 出 现 马 尔 他 式 十 字 形 状 的 干 涉 图 形 两 块 显 微 镜 盖 玻 片 用 树 酯 胶 在 玻 璃 的 两 个 侧 面 上 进 行 应 力 检 验 检 验 时, 面 对 玻 璃 一 侧 的 偏 振 片 应 对 着 另 一 块 偏 振 片 旋 转 用 完 工 的 球 面 主 镜 按 穆 瞿 法 可 以 检 测 玻 璃 圆 盘 的 均 匀 性 及 条 纹 因 为 校 正 板 的 厚 度 比 主 镜 的 R/D 值 (R 为 主 镜 的 曲 率 半 径,D 等 于 主 镜 的 直 径 ) 小, 所 以 在 检 验 时 玻 璃 厚 度 对 球 差 的 影 响 仅 是 一 个 小 量, 可 以 略 去 检 验 校 正 的 玻 璃 应 力 时, 玻 璃 圆 盘 放 在 完 工 球 面 与 傅 科 检 验 装 置 的 前 面, 用 刀 口 或 罗 契 光 栅 可 以 检 测 出 玻 璃 内 的 条 纹 或 折 射 率 的 变 化, 大 量 条 纹 聚 集 在 一 起 的, 条 纹 的 纹 路 看 起 来 象 水 龙 头 流 出 的 水 一 样 折 射 率 的 变 化, 可 能 出 现 一 圈 一 圈 的 暗 环 图 形 ( 象 枪 靶 一 样 ), 从 中 心 到 边 缘 以 相 当 均 匀 的 间 隔 分 布 如 果 玻 璃 圆 盘 上 的 枪 靶 图 形 偏 向 一 边, 该 玻 璃 圆 盘 应 报 废 假 如 按 枪 靶 中 心 作 对 称 轴 磨 边 到 稍 大 于 照 机 镜 片 的 有 效 孔 径, 则 这 些 玻 璃 圆 盘 也 可 以 用 一 般 情 况 下, 如 果 在 全 孔 径 内 有 一 个 大 的 对 称 图 形, 则 这 块 玻 璃 板 就 可 采 用 了 合 格 的 玻 璃 通 常 在 中 间 出 现 一 个 带 区, 并 且 朝 边 缘 相 当 均 匀 地 分 布 着 2-3 个 圆 环 从 大 块 玻 璃 上 切 割 下 来 的 玻 璃 有 时 在 检 验 时 显 示 出 颜 色 深 浅 不 均 匀 的 阴 影 图 或 不 对 称 的 及 趋 于 出 现 象 散 的 罗 契 图 这 些 小 的 折 射 率 变 化 不 会 使 面 形 的 修 整 产 生 困 难, 因 而 可 以 略 去 不 计 进 一 步 检 验 玻 璃 块 折 射 变 化 的 方 法 见 第 五 章 5. 校 正 板 的 初 步 加 工 所 有 校 正 板 的 孔 径 大 于 照 相 机 要 求 的 孔 径 按 一 般 规 律, 直 径 小 于 6in 的 校 正 板 要 比 通 光 口 径 大 1/12 大 的 校 正 板 尺 寸 应 等 于 主 镜 的 尺 寸, 这 样 可 以 节 省 一 半 的 加 工 时 间, 这 是 因 为 抛 修 时, 较 小 直 径 校 正 板 的 边 缘 会 产 生 严 重 塌 边 校 正 板 两 个 面 的 平 行 度 应 控 制 在 in 这 可 以 用 测 微 器 或 百 分 表 在 专 门 设 计 的 夹 具 上 进 行 检 验 此 夹 具 可 以 临 时 将 三 只 轴 承 钢 球 用 环 氧 树 酯 胶 到 金 属 板 上 而 组 成 轴 承 钢 球 按 间 隔 分 布, 并 固 定 在 比 校 正 板 外 圆 直 径 稍 小 一 些 的 位 置 上 图 21.4 检 验 两 个 细 磨 面 达 百 分 表 安 装 在 其 中 的 一 只 钢 球 上 ( 见 图 21.4) 到 0.001in 平 行 度 的 夹 具 用 硬 沥 青 胶 将 小 块 瓷 砖 胶 粘 在 铝 平 模 上 制 成 两 只 作 研 磨 用 的 并 具 有 相 等 直 径 的 瓷 砖 平 面 模 根 据 使 用 多 年 的 三 块 平 面 相 互 研 磨 的 方 法, 使 校 正 板 达 到 消 象 散 的 光 学 表 面 将 瓷 砖 模 编 号 为 1 和 2, 校 正 板 编 号 为 3, 则 1 在 2 上 对 磨,2 在 3 上 对 磨 及 3 在 1 上 对 磨 由 于 校 正 板 产 生 弹 性 变 形 必 须 从 句 号 夹 具 上 将 其 取 下 在 旋 转 的 主 轴 上 研 磨 校 正 时, 一 只 手 加 压 在 没 有 上 盘 的 校 正 板 上, 用 手 工 研 磨 使 厚 度 变 化 几 乎 是 不 可 能 的, 最 好 的 夹 具 是 用 轻 铝 制 成 的, 在 夹 具 与 玻 璃 之 间 垫 以 橡 皮 毛 毯 一 个 从 中 心 到 边 缘 径 向 贴 以 胶 带 纸 的 铝 夹 具 可 用 来 代 替 上 述 夹 具 大 型 校 正 板, 铅 重 块 必 须 放 在 楔 度 的 边 缘 处, 四 周 贴 以 胶 带 纸 并 将 校 正 板 固 定 在 夹 具 里 大 直 径 校 正 板 的 平 行 度 为 0.005in, 已 经 满 足 要 求 用 95 号 金 刚 砂 最 后 细 磨 以 后 将 一 面 抛 光 到 25% 程 度, 另 一 面 再 完 全 抛 光, 这 样 可 以 除 掉 因 固 定 抛 光 面 而 引 起 的 任 何 泰 曼 效 应 抛 光 时 的 底 座 很 重 要, 可 以 将 薄 胶 带 纸 贴 在 瓷 砖 表 面 的 磨 具 上 来 解 决 将 校 正 板 放 在 瓷 砖 磨 具 上 以 前, 应 在 瓷 砖 磨 具 的 胶 带 纸 上 薄 薄 地 涂 上 一 层 克 罗 (Karo) 膏, 并 用 防 水 胶 带 纸 在 校 正 板 的 四 周 紧 紧 贴 上 两 圈 校 正 板 上 的 克 罗 膏 很 容 易 洗 去, 用 橄 榄 油 亦 可 洗 清 抛 光 完 工 后 表 面 的 平 面 性 对 6in 或 20in 的 校 正 板 应 优 于 两 个 光 圈 若 要 对 这 种 表 面 进 行 修 第 126 页

158 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 正 除 去 存 在 的 象 散 可 用 花 瓣 形 抛 光 模 6. 检 验 装 置 用 厚 胶 合 板 制 一 个 带 有 安 装 部 件 的 检 验 装 置, 以 便 修 磨 时 可 以 取 下 校 正 板 校 正 板 与 镀 铝 主 球 面 镜 的 距 离 等 于 主 球 面 镜 的 曲 率 半 径 将 四 脚 十 字 叉 夹 具 持 玻 璃 纤 维 格 栅 ( 原 来 用 于 检 验 轮 船 和 汽 车 表 面 的 凹 痕 ) 并 置 于 主 球 面 镜 的 焦 点 处, 光 栏 缩 小 到 2in, 使 在 夹 具 上 形 成 月 亮 或 太 阳 的 近 轴 影 象 用 螺 纹 连 接 直 径 为 2.7in 的 胶 片 夹 具 并 旋 转, 找 到 最 佳 焦 点,( 玻 璃 纤 维 图 21.5 施 密 特 照 相 机 的 格 栅 检 验 V 格 栅 置 于 相 机 方 形 格 栅 可 从 商 店 买 到, 并 通 常 用 16 方 的 焦 平 面 上, 理 想 校 正 板 的 格 栅 投 影 是 平 行 线 格 /in 的 格 栅 来 测 量 ) 也 可 以 在 格 栅 夹 具 上 装 上 狭 缝 来 代 替 玻 璃 纤 纤 格 栅 ( 见 图 21.5), 将 两 块 刀 片 贴 在 带 光 孔 的 铜 制 小 光 栏 上, 便 可 成 0.004in 宽 的 狭 缝 检 验 校 正 板 的 面 形 可 有 以 下 两 种 方 法 : 1) 如 果 照 明 毛 玻 璃 和 玻 璃 纤 维 格 栅, 并 检 验 格 栅 的 放 大 投 影 象, 则 在 整 个 孔 径 上 可 以 同 时 观 察 到 格 栅 的 形 状 图 21.6 说 明 校 正 板 所 形 成 的 一 些 格 栅 图 样 注 意 在 自 准 直 或 平 行 光 两 种 观 察 条 件 下, 这 些 图 样 类 似 于 第 十 二 章 所 讨 论 的 焦 内 罗 契 图 ( 见 图 A14.1) 2) 若 在 焦 平 面 上 放 上 照 明 狭 缝 则 可 用 作 较 低 精 度 的 光 学 检 验 在 这 类 装 置 中, 用 激 光 照 明 球 光 源 ( 参 见 D 亨 德 里 克 斯 和 W.H 克 里 斯 蒂 (Christie) 业 余 望 远 镜 制 造 第 三 册 中 所 述 的 几 种 检 验 方 法 P ) 图 21.7 表 示 这 些 检 验 方 法 之 一 种 在 这 种 检 验 方 法 中, 校 正 板 的 一 部 分 被 校 正 良 好 的 物 镜 或 牛 顿 望 远 镜 所 对 准 孔 径 这 4in 一 台 20in 孔 径 的 望 远 镜 可 以 检 验 52in 孔 径 的 照 相 机 ( 照 相 机 的 焦 比 大 于 f/3.0) 图 21.7 采 用 至 少 覆 盖 施 密 特 照 相 机 图 21.6 细 丝 检 验 图 样 ( 表 示 校 正 板 的 校 正 程 度 ) 1/2 孔 径 的 较 小 孔 径 的 望 远 镜 并 用 照 明 狭 缝 作 罗 契 检 验 7. 校 正 板 的 曲 面 形 状 和 制 造 方 法 施 密 特 指 出 有 色 差 的 校 正 板, 其 中 间 带 应 带 如 果 以 带 为 中 间 带, 则 边 缘 的 斜 面 厚 度 等 于 中 心 带 的 厚 度, 下 列 情 况 说 明 成 功 地 加 工 具 有 中 间 带 校 正 板 的 制 造 方 法 亨 德 里 克 斯 和 克 里 斯 蒂 给 出 校 正 板 曲 面 的 四 次 抛 物 面 基 本 公 式 :X 4 -Kr 2 X 2 /[4(h-1)R 3 ] 式 中 : X 是 带 区 的 半 径 ;h 是 选 择 的 常 数 ;r 为 校 正 的 半 径 ;h 为 玻 璃 的 折 射 率 ;R 为 球 面 的 曲 率 半 径 用 现 代 的 小 型 电 子 计 算 器, 设 4(n-1)R 3 =1/K 并 提 出 X 2 因 子, 则 计 算 更 为 方 便 X 2 (X 2 -Khr 2 ) 该 式 为 一 种 简 便 形 式 若 R 超 过 200 则 用 八 位 数 字 计 算 器 计 算 不 出 式 (21-1) 中 的 R 3 值 校 正 板 中 间 带 的 半 径 用 下 列 两 个 式 子 之 一 进 行 计 算 X=0.707d/2 X=Kr 2 /2 或 (21-3) X=0.866d/2 第 127 页

159 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 式 中 X 为 中 间 带 半 径 对 中 间 带,K=1; 对 中 间 带,K=15 这 样 就 给 出 了 偏 离 中 心 的 中 间 带 半 径 由 式 (21-4) 求 得 面 形 斜 坡 的 深 度 K 2 X 4 /4K (21-4) 式 中,X 为 由 式 (21-3) 求 得 的 中 间 带 半 径 值 用 这 些 公 式 计 算 了 许 多 施 密 特 照 相 机 对 任 何 孔 径 的 标 准 施 密 特 照 相 机, 可 以 认 为 这 是 最 佳 的 制 造 过 程 举 实 例 如 下 ( 单 位 全 部 按 英 寸 计 ): (a) 校 正 板 ( 全 直 径 10) 的 通 光 直 径 为 7.5, 中 间 带 为 0.707, 主 球 面 镜 ( 曲 率 半 径 ) 为 10.0, 球 面 胶 片 夹 具 ( 曲 率 半 径 11.4) 直 径 为 1.75 由 式 (21-3) 得,X= /2= /2= 或 者 /2=5.3025/2=2.651 根 据 计 算 1/K=4(n-1)R 3 =4(1.5-1)(2.281) 3 = = = ; 最 后 K=1/ = ,K 是 式 (21-4) 中 的 反 比 乘 数 由 式 (21-4)= / = / = = in 或 / =202.7, 即 从 中 心 到 中 间 带 的 条 纹 数 (b) 直 径 和 曲 率 半 径 与 (a) 具 有 同 样 的 参 数, 但 现 在 用 为 中 间 带 或 K=1.5 进 行 计 算 由 式 (21-4)= / = / = =0.0050in 或 0.005/ =454.5 即 从 边 缘 到 中 间 带 的 条 纹 数 比 较 两 架 施 密 特 照 相 机, 第 一 架 中 间 带 为 带, 第 二 架 为 带, 显 然 带 斜 变 值 = in, 而 带 斜 变 值 为 0.005in 作 柯 克 斯 (C0X) 抛 光 法 制 造 中 间 带 的 F/1.5 施 密 特 照 相 机, 校 正 板 从 中 心 到 边 缘 有 一 个 参 考 凸 面 最 后 的 校 正 正 是 与 F/1.5 的 中 间 带 的 校 正 板 抛 去 同 样 数 量 的 玻 璃 层 在 图 21.8 中 表 示 非 球 面 与 参 考 球 面 ( 实 践 ) 的 斜 度 偏 离 只 有 in 参 考 球 面 是 曲 率 半 径 近 似 为 1807in 的 凸 抛 光 表 面 用 式 (21-5) 计 算 非 球 面 曲 线 在 7.5in 孔 径 边 缘 处 的 向 上 翘 值, 校 正 板 直 径 近 似 为 10in 如 果 校 正 板 的 边 缘 为 球 面, 因 为 校 正 板 边 缘 的 每 点 均 有 同 样 的 曲 率 半 径 ( 见 图 A) 则 不 必 进 行 计 算 用 式 (21-2) 计 算 带 非 球 面 的 上 翘 球 面 半 径, 代 入 公 式 得 35 2 ( ) =12.25( ) =12.25( ) =12.25 (6.125) = in 图 21.8 按 图 21.8 中 的 参 考 球 面, 需 要 修 磨 出 非 球 面 曲 线 的 上 翘 部 分 用 球 径 仪 公 式 (21-5) R=(r 2 +h 2 )/2h 式 中 R 为 球 面 曲 率 半 径 ;r 为 修 磨 区 域 的 半 径 ;h 是 深 度 以 h= 代 入, 得 R=( )/ =( )/ = / =1806.7in 显 然 这 是 一 个 平 坦 的 参 考 球 面 开 始 修 磨 时, 操 作 者 按 对 称 的 曲 面 修 磨, 对 应 值 如 图 21.8 所 示 F/1.5 施 密 特 照 相 机 一 般 选 用 带 的 校 正 板 比 带 的 校 正 板 更 易 于 制 作 天 文 方 面 应 用 ( 原 文 误 为 R=r 2 +h 2 /2h 译 者 註 ) 的 某 些 大 型 施 密 特 照 相 机 一 般 用 F/2.25 的 小 孔 径 及 中 间 的 带 的 校 正 板 如 果 中 间 带 实 现 拖 运 抛 光 时, 则 不 必 细 磨, 用 抛 光 就 能 满 足 要 求 具 有 更 小 孔 径 及 低 焦 比 的 照 相 机, 可 用 光 学 平 晶 检 验 校 正 板 的 形 状 对 于 单 色 光 源 及 玻 璃 折 射 率 为 n 的 第 128 页

160 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 校 正 板 用 R y 和 X 及 式 (21 2) 来 表 示 整 个 曲 面 形 状, 可 以 校 正 板 1/2 区 域 内 计 每 单 位 面 积 上 的 条 纹 数 柯 克 教 授 的 校 正 板, 用 钠 光 照 明, 检 测 时 只 有 14.5 条 条 纹 数 该 检 验 装 置 于 1938 年 提 出 首 先 讨 论 施 密 特 照 相 机 及 中 间 带 为 带 的 校 正 板 前 面 几 节 中 涉 及 的 校 正 板 是 一 块 平 行 度 良 好 的 平 行 板, 其 一 面 是 平 面, 另 一 面 是 粗 抛 光 表 面 在 进 一 步 加 工 表 面 以 前, 首 先 应 在 检 验 装 置 上 很 好 定 位 ( 见 图 21.5) 向 后 走 一 小 段 距 离, 观 察 几 个 格 栅 的 放 大 投 影 象, 若 如 枕 形 象 表 示 校 正 不 足 如 果 取 下 玻 璃 校 正 板, 图 样 不 变 但 象 被 放 大 一 架 校 正 良 好 的 施 密 特 照 相 机 的 ( 见 Sky and Telescpe 杂 志 中 的 Figuring and Testing aschmidt correcting plate) 一 文 F.COOKe,P ,1956 年 10 月 号 投 影 象 是 放 大 的 平 行 线 作 为 练 习, 若 格 栅 充 满 整 个 孔 径, 则 可 以 测 定 格 栅 投 影 象 的 放 大 率 每 英 寸 格 数 为 10, 投 影 象 的 放 大 率 近 似 为 200 用 橡 胶 质 帆 布 传 送 带 制 成 两 个 抛 光 模, 帆 布 带 胶 在 7.5in 的 轻 铝 模 上 一 般 选 用 海 棉 橡 皮 制 作 的 抛 光 模, 但 拖 动 抛 光 时, 其 可 挠 性 太 大 有 关 它 的 应 用 在 其 它 章 节 中 讨 论 帆 布 带 是 一 个 松 软 的 衬 底, 并 可 以 使 沥 青 胶 蜂 窝 状 结 构 牢 牢 地 吸 附 在 衬 底 上 在 沥 青 模 具 上 浇 注 中 硬 的 沥 青 胶 (2s 时 间 的 指 甲 检 验 ) 时, 模 具 四 周 围 粘 上 胶 带 纸 后 应 使 沥 青 胶 流 不 出 用 抛 光 粉 悬 浮 液 涂 湿 比 浇 注 的 沥 青 模 大 一 些 的 橡 皮 六 角 形 网 格 板, 然 后 放 在 半 冷 的 沥 青 表 面 上 当 湿 的 校 正 板 放 在 橡 皮 网 格 板 上 时, 沥 青 慢 慢 地 嵌 入 六 角 形 开 口 中, 冷 却 后, 用 一 把 精 制 刮 刀 除 去 网 格 槽 中 的 沥 青 第 二 只 抛 光 模 由 帆 布 带 上 蜡 胶 的 玫 瑰 叶 花 瓣 状 的 蜂 窝 衬 垫 层 构 成 切 割 后 的 抛 光 模 形 状 一 般 为 五 个 玫 瑰 叶 花 瓣 状 图 样, 因 而 其 主 要 的 抛 光 作 用 在 蹭 带 为 了 在 大 的 聚 酯 描 图 纸 上 制 成 如 图 21.9 所 示 的 抛 光 模 样 板, 推 导 了 一 个 公 式, 以 确 定 起 抛 光 作 用 的 区 域 作 用 区 域 的 宽 度 近 似 为 X Z X =y x r x a( 常 数 ) (21-7) 在 此 不 讨 论 这 个 方 程 式 图 21.9a 所 示 为 玫 瑰 叶 花 瓣 状 图 样 的 形 状, 在 该 压 形 抛 光 模 的 表 面 区 域 上 有 一 系 列 的 网 格 按 图 21.9 用 于 修 磨 校 正 的 要 求 的 比 例 放 大 或 缩 小 网 格, 可 以 看 到 实 际 上 它 与 图 有 各 种 形 态 的 沥 青 抛 光 模 相 同 的 斜 度 把 样 板 放 在 开 方 格 槽 的 抛 光 模 上, 用 锐 利 的 刮 刀 除 有 效 抛 光 区 域 四 周 的 沥 青 所 有 的 小 方 格 必 须 是 分 离 的, 不 能 将 沥 青 胶 联 在 一 起 用 样 板 切 割 蜂 窝 衬 底 (HCF), 并 且 要 稍 大 一 些, 再 用 小 的 电 烙 铁 在 衬 底 上 滴 蜡, 以 便 粘 贴 到 上 了 蜡 的 帆 布 带 上, 并 用 电 烙 铁 在 上 蜡 衬 底 的 几 个 中 心 区 域 加 热 如 前 所 述, 抛 光 时 用 粘 有 双 面 胶 带 的 瓷 片 磨 具 作 为 校 正 板 的 夹 具,20-52in 的 大 校 正 板 已 用 了 这 种 夹 具, 对 于 较 小 的 校 正 板, 如 果 加 工 的 玻 璃 较 厚, 可 以 选 用 其 它 形 式 的 夹 具, 包 括 校 正 板 与 金 属 模 具 间 垫 橡 皮 圈 的 平 铝 夹 具 及 和 聚 酯 制 图 纸 覆 盖 的 蜂 窝 衬 底 基 板 下 班 校 正 板 支 承 在 蜂 窝 状 的 基 底 和 纸 上, 四 周 用 胶 带 纸 固 定 在 夹 具 上 拖 动 抛 光 需 要 用 到 几 个 抛 光 动 作 中 的 一 个 动 作 对 于 大 型 校 正 板, 为 了 驱 动 校 正 板 顶 上 的 抛 光 模, 需 要 一 个 液 压 旋 转 机 构, 并 且 驱 动 顶 针 的 尾 部 有 一 个 方 形 的 小 块 插 入 抛 光 模 的 旋 转 孔 中 抛 光 模 的 旋 转 方 向 与 旋 转 夹 具 校 正 板 的 旋 转 方 向 相 反 有 时 采 用 Draur 型 抛 光 模, 这 种 抛 光 模 用 一 个 圆 环 或 一 个 铰 接 的 皮 带 卡 带 动 夹 具 和 校 正 板 对 较 小 的 校 正 板, 当 抛 光 模 在 校 正 板 上 移 动 时 用 线 拉 紧 ( 以 间 隔 均 布 ) 夹 具 周 边 上 三 个 定 位 销 中 的 一 个, 并 要 防 止 标 准 J.H.Hinolle 著 Amateur Trlescope Making 第 一 册,1953 P234~240 抛 光 机 的 旋 转 在 任 何 情 况 下, 顶 部 动 程 的 偏 心 量 总 是 小 的, 加 上 类 似 于 辐 轮 的 铅 块 使 中 间 带 区 的 较 大 的 压 力, 从 而 加 速 抛 光 作 用 第 129 页

161 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 校 正 板 的 直 径 决 定 了 旋 转 主 轴 的 转 速 及 偏 心 动 程 F/1.5 照 相 机 的 主 轴 转 速 大 约 为 100r/min; 穿 过 校 正 板 0.25in 偏 心 动 程 的 转 速 大 约 为 25r/min; 环 绕 着 中 间 带 的 铅 重 为 8b, 用 氧 化 铈 或 Barnsite 悬 浮 液 为 抛 光 混 合 物 注 意, 抛 光 模 与 玻 璃 间 的 抛 光 粉 悬 浮 液 要 始 终 存 在 如 果 抛 光 液 干 燥, 则 沥 青 抛 光 模 轮 廓 特 别 是 蜂 窝 衬 底 的 抛 光 模 会 立 即 破 坏, 此 时 可 用 机 械 泵 在 玻 璃 与 抛 光 模 之 间 喷 水 要 注 意 的 另 一 点 是 胶 带 纸 时 常 会 弄 得 太 湿 而 粘 不 住 玻 璃 与 夹 具, 有 时 需 要 用 塑 料 夹 具, 就 可 以 取 下 校 正 板 大 约 连 续 抛 光 3h 后, 用 纤 维 玻 璃 格 栅 检 验 校 正 板 在 大 约 为 孔 径 20 倍 的 短 距 离 处 观 察 放 大 后 的 投 影 象 时, 不 应 出 现 很 大 的 变 化, 并 且 可 以 用 开 一 块 小 的 光 学 平 晶 观 察 中 间 带 区 处 的 凹 条 纹 数 来 检 验 抛 光 的 速 率 通 常 在 中 间 带 区 1in 宽 面 积 上 每 小 时 变 化 与 5 条 条 纹, 则 表 明 拖 运 动 抛 光 有 所 进 展 用 刀 片 剔 除 流 入 其 它 地 方 的 沥 青 胶, 以 保 持 玫 瑰 叶 花 瓣 状 的 轮 廓, 并 用 塑 料 样 板 检 验 如 果 蜡 层 抛 光 模 蜂 窝 状 底 结 构 流 动 很 小, 可 以 用 小 电 烙 铁 将 流 出 的 蜡 熔 去, 以 保 持 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 如 果 中 间 带 区 抛 光 速 度 开 始 慢 下 来, 则 用 修 刮 沥 青 胶 或 衬 底 的 方 法 可 加 速 带 区 的 抛 光 作 用 ( 见 图 21.9a) 进 行 光 学 检 验 时, 用 校 正 板 显 著 地 改 变 校 正 不 足 的 图 形 以 前, 大 约 要 抛 光 24h 用 低 倍 望 远 镜 在 目 镜 视 场 里 的 一 块 十 字 丝 分 划 板 来 观 察 格 栅 的 直 线 性, 同 时 检 验 膜 片 夹 具 附 近 中 心 带 区 的 离 轴 程 度 如 果 用 肉 眼 观 察, 则 由 于 中 间 带 区 的 非 球 面 斜 度 而 产 生 判 读 的 错 误 第 21.6 节 讨 论 了 用 一 定 轮 廓 形 状 的 瓷 块 磨 掉 中 间 带 区 玻 璃 的 柯 克 斯 细 磨 法 用 拖 动 抛 光 加 工 大 直 径 的 校 正 板 虽 然 需 要 较 长 时 间 才 能 完 工, 但 通 常 能 消 除 明 显 的 带 区 误 差 修 正 工 作 快 结 束 且 格 栅 检 验 的 投 影 线 变 得 比 较 平 行 时, 可 用 其 它 光 学 测 试 法 检 验 面 形, 最 简 单 的 方 法 之 一 是 用 度 焦 距 望 远 镜 和 已 经 很 好 地 校 正 的 透 镜 系 统 将 光 学 面 形 以 一 定 的 比 例 放 大 望 远 镜 的 口 径 可 以 小 于 校 正 板 口 径 的 1/2, 但 焦 距 至 少 为 照 相 机 焦 距 的 两 倍 采 用 简 单 的 牛 顿 式 望 远 镜 不 需 要 充 满 校 正 板 的 全 口 径 因 为 所 有 带 区 倾 斜 是 对 称 的, 因 此 用 检 验 望 远 镜 的 全 口 径 对 准 施 密 特 照 相 机 校 正 板 的 一 部 分, 而 其 余 部 分 与 这 一 部 分 是 一 致 的 ( 见 图 21.7) 检 验 时, 要 用 一 个 聚 焦 于 无 限 远 的 狭 缝 光 源 代 替 纤 维 投 影 格 栅 将 一 台 通 过 目 镜 观 察 月 球 或 由 星 体 检 验 法 检 验 过 年 望 远 镜 放 在 距 检 验 装 置 的 适 当 距 离 处, 以 使 移 开 校 正 板 时 不 发 生 干 扰 在 望 远 镜 处 于 远 场 焦 点 时 用 目 镜 观 察, 若 狭 缝 轮 廓 a 分 明 表 示 位 于 焦 平 面 上, 此 时 只 要 调 整 狭 缝 而 不 必 调 焦 目 镜 检 验 时, 旋 转 狭 缝 装 置, 观 察 狭 缝 是 否 垂 直 于 视 线 如 果 远 望 镜 的 口 径 比 较 正 板 的 口 径 小, 则 将 望 远 镜 靠 一 边 放, 使 它 仅 对 准 聚 焦 膜 片 夹 具 的 一 小 部 分, 但 确 保 最 边 缘 部 分 全 部 对 准 ( 见 图 21.7) 狭 缝 在 目 镜 中 位 置 确 定 后, 将 望 远 镜 固 紧 在 支 架 夹 具 上 并 固 紧 照 相 机 的 检 验 装 置, 防 止 重 新 安 装 校 正 板 时 位 置 变 动 取 下 镜 筒 以 前, 应 测 定 狭 缝 是 否 仍 然 在 目 镜 的 视 场 中 心, 并 观 察 光 源 是 否 照 明 整 个 孔 径, 然 后 将 罗 契 光 栅 插 入 目 镜 筒 中 罗 契 图 的 判 读 如 图 A14.2 所 示 抛 光 后 校 正 板 的 带 区 通 常 称 为 环 带 判 读 环 带 的 凸 起 或 凹 下 是 最 困 难 的 图 21.7 表 示 了 这 种 环 带 的 轮 廓 图 形, 注 意 图 21.6 中 图 形 的 锐 利 凸 尖, 毛 刺 端 象 箭 头 一 样 彼 此 分 开, 则 该 区 域 是 凹 槽 或 低 带 ; 反 之 毛 刺 端 彼 此 靠 近, 则 该 区 域 是 凸 带 这 使 人 们 回 想 起 与 焦 内 罗 契 图 ( 见 图 A14.4~14.6) 相 似, 但 焦 外 罗 契 图 的 情 况 则 相 反 格 栅 检 验 会 出 现 同 样 的 轮 廓 图 形, 这 种 明 显 的 带 区 误 差 在 细 磨 时 会 经 常 出 现 ( 见 图 A14.2) 拖 动 抛 光 已 完 成 了 部 分 的 修 正 工 作, 余 下 的 误 差 需 要 作 局 部 抛 修, 但 常 常 出 现 要 花 费 很 多 的 时 间 使 用 校 正 带 区 或 任 何 象 散 表 面 的 整 体 抛 光 模 时 用 热 水 稍 许 加 热, 并 放 在 用 抛 光 粉 湿 润 的 校 正 板 上, 使 沥 青 压 成 被 抛 光 的 面 形 ( 见 较 长 21.9d) 若 附 加 上 铅 块 则 能 加 速 这 个 过 程, 该 过 程 大 约 要 1h 具 有 凸 起 沥 青 块 的 整 体 式 抛 光 模 放 在 校 正 板 上 面 拖 动 抛 光 15~20min, 再 将 平 板 放 在 检 验 装 置 中 检 验 观 察 凸 起 的 局 部 误 差 及 带 区 误 差 的 修 饰 情 况, 该 过 程 中 也 消 除 了 已 经 产 生 的 象 散 误 差 如 果 校 正 有 所 进 展, 则 可 以 继 续 抛 光, 但 在 拖 动 抛 光 前, 总 是 冷 压 着 沥 青 抛 光 模 的 最 后 的 校 正 取 决 于 检 验 出 来 的 情 况, 当 然 总 是 将 较 高 的 带 区 抛 掉, 留 下 接 触 不 到 的 带 区 第 130 页

162 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 这 时 不 要 用 拖 动 抛 光, 不 加 重 块 而 是 让 抛 光 模 在 校 正 板 上 自 由 浮 动, 由 切 割 出 的 抛 光 模 轮 廓 ( 见 附 录 14) 来 控 制 抛 光 模 的 抛 光 成 型 在 结 束 修 正 该 面 之 前 最 好 返 回 到 已 抛 光 好 的 第 一 面, 检 验 一 下 表 面 疵 病, 拖 动 抛 光 一 段 时 间, 使 之 除 去 象 散 误 差 做 这 项 工 作 前, 抛 光 模 必 须 在 抛 光 过 的 表 面 上 冷 压, 但 注 意 不 要 作 局 部 修 磨 抛 光 时 用 稀 薄 的 抛 光 粉 悬 浮 液 比 浓 的 抛 光 悬 浮 液 更 好 对 于 20in 中 等 直 径 的 校 正 板, 这 种 修 抛 技 术 最 有 效 超 过 该 范 围, 抛 光 模 直 径 太 大, 难 于 一 个 人 用 手 抓 住 抛 光 52in 大 的 玻 璃 平 板, 要 用 其 它 的 加 工 方 法 对 于 最 大 的 施 密 特 照 相 机 F/3.0(52in), 比 较 一 下 中 间 带 的 偏 离 量 是 有 意 义 的 0.86 带 或 in 的 中 间 带 区 倾 斜 偏 离 量 近 似 为 in 或 385 条 条 纹 ( 汞 灯 ), 而 带 或 in 的 中 间 带 的 偏 离 量 仅 为 in 或 171 条 条 纹 当 没 有 参 考 球 面 时, 则 中 间 带 不 需 要 细 磨, 而 可 以 直 接 用 拖 动 抛 光 来 修 正 ; 如 果 在 0.86 带 ( 最 佳 差 校 正 ) 校 正 板 上 抛 光 一 个 参 考 球 面, 则 必 须 除 去 的 玻 璃 量 也 大 致 相 同 8. 细 磨 校 正 的 柯 克 斯 方 法 在 前 面 几 章 中 已 简 述 了 细 磨 的 柯 克 斯 法 根 据 这 个 方 法 要 首 先 磨 一 个 参 考 球 面, 参 考 球 面 与 中 心 上 翘 的 曲 面 相 切 ( 见 图 21.8) 下 一 步 是 用 小 用 瓷 砖 制 成 细 磨 模 瓷 砖 可 从 任 何 建 筑 材 料 商 店 买 到, 选 用 一 种 最 小 的 瓷 砖 尺 寸 制 成 所 需 的 大 小, 用 预 制 的 样 板, 从 一 块 大 型 方 形 瓷 砖 纸 片 上 切 出 五 组 瓷 砖 因 为 这 些 瓷 砖 是 按 网 状 固 定 的, 用 样 板 成 形 时 要 小 心, 不 要 使 瓷 砖 从 网 状 纸 片 上 掉 下 来 用 接 触 胶 法 或 在 罐 中 加 热 热 沥 青 的 方 法 将 瓷 砖 胶 粘 到 细 密 的 海 棉 橡 皮 上 瓷 砖 必 须 热 到 可 以 用 手 触 及 的 程 度 根 据 校 正 直 径 切 下 一 块 海 棉 衬 垫, 用 划 笔 划 出 带 区 和 每 一 叶 玫 瑰 花 瓣 的 位 置 样 板 的 形 状 与 前 面 介 绍 过 的 抛 光 模 相 同 瓷 砖 模 具 最 宽 的 部 分 必 须 在 带 ( 见 图 21.10) 用 接 触 胶 法 或 四 周 用 防 水 胶 带 纸 的 方 法 将 海 棉 橡 皮 具 固 定 在 铝 夹 具 上 先 用 145 号 刚 玉 金 刚 砂, 然 后 用 95 号 刚 玉 金 刚 砂 研 磨 校 正 板 可 以 在 上 面 或 下 面 研 磨 在 摆 动 轴 上 只 能 有 小 的 偏 心 动 程, 摆 轴 转 速 大 约 为 主 轴 转 速 的 1/3, 也 即 75Y/min 用 可 调 半 径 测 环 ( 锐 边 ) 的 球 径 仪 检 验 中 间 带 区 及 两 个 过 渡 的 带 区 作 为 细 磨 时 初 步 的 测 试, 另 外, 也 可 用 油 测 试 如 上 所 述, 油 检 验 时 用 了 一 块 照 明 的 玻 璃 纤 维 格 栅 研 磨 参 考 表 面 前, 可 以 检 验 细 磨 的 校 正 板, 以 确 定 应 该 如 何 修 磨 如 果 在 细 磨 面 上 用 煤 油 或 其 它 油 混 合 物 轻 轻 地 涂 上 一 薄 层, 则 可 以 看 清 被 照 明 的 格 栅 用 小 布 片 揩 掉 过 剩 的 煤 油 或 混 合 油, 格 栅 上 全 部 方 格 都 被 投 影 与 放 大, 观 察 者 与 投 影 之 间 的 距 离 决 定 了 放 大 的 程 度 星 点 检 验 时, 用 10 距 离 较 为 设 计 一 种 弹 性 瓷 砖 模 具, 恰 当 参 考 球 面 在 环 状 形 图 样 中 不 会 引 起 明 显 的 变 化, 用 145 用 来 细 磨 从 而 修 正 凸 参 考 号 刚 玉 磨 料 连 续 研 磨, 直 到 格 栅 的 倾 斜 开 始 变 直 互 相 平 行 为 球 面 的 校 正 板 止 修 正 中 间 带 时, 用 95 号 刚 玉 磨 料, 能 使 格 栅 测 试 更 加 清 晰 图 21.6 表 示 修 正 研 磨 校 正 时 一 些 可 能 的 轮 廓 形 状 如 图 21.6 所 示, 中 心 区 常 常 产 生 毛 刺, 可 以 采 取 下 列 两 种 措 施 : 1) 缩 短 偏 心 动 程 2) 在 中 心 区 去 掉 一 些 瓷 砖 研 磨 块, 减 少 偏 心 动 程, 也 可 以 去 掉 校 正 上 面 的 铅 块 重 量 若 增 加 模 向 动 程 的 偏 心 量, 就 易 于 去 掉 图 21.6 所 示 的 高 带 差, 但 要 小 心, 应 注 意 校 正 板 中 间 带 可 能 会 回 复 到 校 正 不 足 第 131 页

163 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 在 研 磨 时 不 希 望 出 现 过 校 正 状 态, 如 果 产 生 过 校 正, 则 要 做 一 个 新 的 瓷 砖 块 模 具 该 模 具 与 图 21.9b 所 示 ( 备 用 磨 具 ) 类 似, 它 正 好 与 原 来 的 细 磨 模 具 相 反 如 果 不 论 采 用 多 少 大 小 的 瓷 砖 块 都 不 会 出 现 高 脊 与 低 谷, 则 研 磨 时 的 带 区 误 差 是 由 于 铅 块 压 重 的 分 布 不 均 匀 所 致 去 掉 重 块 并 减 慢 研 磨 速 度, 进 行 拖 动 研 磨 就 可 以 减 小 带 区 误 差 中 间 带 区 的 高 脊 或 低 谷 的 判 读 是 很 重 要 的, 这 可 参 见 图 A14.2 中 的 罗 契 图 ( 焦 内 折 射 ) 为 些 图 与 图 21.7 中 格 栅 检 验 中 的 一 半 图 样 类 似 注 意 出 现 高 脊 时 的 突 尖 投 影, 低 谷 周 围 有 较 大 面 积 的 Z 字 形 突 尖, 只 有 高 区 可 以 磨 掉, 用 显 微 镜 盖 玻 片 或 薄 的 黄 铜 片 加 95 号 刚 玉 磨 料 修 磨 为 了 修 去 低 凹 带 差, 在 细 磨 模 的 对 应 区 去 掉 瓷 砖 块 并 用 拖 动 细 磨 法 使 低 谷 很 快 恢 复 到 平 滑 的 斜 度 用 橡 皮 帆 布 制 成 两 只 抛 光 模 ( 见 第 9 节 ), 其 中 一 只 制 成 玫 瑰 叶 花 瓣 结 构, 另 一 只 制 成 整 体 式 开 方 格 槽 结 构 玫 瑰 叶 模 首 先 用 于 拖 动 抛 光 工 艺, 另 一 只 则 根 据 沥 青 抛 光 模 轮 廓 形 状 用 于 抛 光 成 型 工 艺 ( 见 附 录 14 和 第 二 十 二 章 ), 作 精 抛 光 用 9. 校 正 板 的 光 学 抛 修 拖 动 抛 光 有 助 于 校 正 板 的 形 成, 最 后 的 修 整 使 用 其 他 抛 光 模 的 常 规 抛 光 方 法 将 抛 光 的 进 展 记 录 下 来, 可 以 避 免 误 差 重 复 出 现 若 能 采 用 成 型 抛 光 模 则 对 抛 光 是 有 利 的 ( 见 附 录 14) 在 结 束 抛 光 前, 为 了 消 除 玫 瑰 花 瓣 抛 光 模 的 起 伏 面 形, 最 好 把 抛 光 模 用 热 水 稍 微 加 热 后 放 在 平 板 上 压 一 段 时 间, 然 后 用 刀 片 修 割 玫 瑰 叶 花 瓣 图 样 的 形 状, 并 用 样 板 检 验 之 平 面 校 正 板 要 拖 动 抛 光 两 次, 每 次 抛 光 15min, 加 一 些 抛 光 液 后 用 中 档 主 轴 转 速 及 小 的 偏 心 动 程 并 将 抛 光 模 放 在 上 面 再 抛 光 20min, 偏 心 臂 每 10 个 动 程 后, 抓 住 沥 青 抛 光 模 停 止 旋 转 几 秒 钟, 以 消 除 表 面 的 各 种 象 散 表 面 的 象 散 差 是 由 于 泰 曼 效 应 或 其 它 持 不 当 造 成 的 由 于 校 正 板 倾 斜 偏 离 量 大, 应 用 夹 具 持 住, 夹 持 时 垫 以 橡 皮 圈 或 稍 为 湿 润 的 报 纸 就 已 足 够 但 是 这 个 表 面 尚 未 达 到 最 后 的 修 正, 因 为 还 存 在 着 带 区 误 差, 必 须 再 经 过 修 磨 10. 用 其 它 方 法 制 造 校 正 板 制 造 校 正 板 还 有 几 种 真 空 变 形 方 法 施 密 特 首 先 采 用 的 F/1.75 照 相 机 的 校 正 板 是 两 面 成 型 的 一 面 凹 下 避 免 了 破 裂 的 现 象, 这 称 之 为 弹 性 折 光 法 格 雷 特. 勒 马 特 瑞 (Gerard Lemaitre)D 在 Applied Optics v01 11, 中 对 此 作 了 详 细 介 绍, 在 法 国 ANVAR70,19,261 中 也 已 颁 布 勒 马 特 瑞 法 是 将 狭 的 金 属 环 支 承 在 中 间 带 区, 使 整 个 圆 盘 变 形 从 内 环 局 部 地 抽 出 空 气, 使 外 面 的 边 缘 带 区 下 面 形 成 初 级 真 空 将 弹 性 变 形 区 域 细 磨 并 抛 光 成 平 面, 就 可 在 取 下 的 校 正 板 上 得 到 一 个 光 滑 的 轮 廓 形 状 但 是 用 这 种 方 法 不 能 做 成 F/1.0 照 相 机 的 校 正 板 埃 德 格. 埃 围 海 特 (Edgar Everhart) 在 Applied Optics V015, 介 绍 了 另 外 一 种 真 空 方 法 他 指 出 在 制 造 焦 比 F/2.5 的 施 密 特 校 正 板 时 没 有 损 坏 的 危 险, 建 议 校 正 板 的 两 个 面 均 要 成 型, 并 在 文 中 讨 论 了 F/5 照 相 机 的 制 作 罗 伯 特. 柯 克 斯 (Robert Cox) 在 Sky and Telescope 杂 志 的 1972 年 第 6 期 中 发 表 的 制 造 校 正 板 的 真 空 方 法 一 文 中 进 一 步 提 出 了 数 学 推 导 过 程 该 文 详 细 讨 论 了 校 正 板 的 真 空 夹 持 以 及 用 检 验 样 板 来 控 制 研 磨 及 抛 光 玻 璃 毛 坯 在 Applied Optics 1972 年 第 1 期 中 夫 芏 克. 柯 克 (Frank Cook)North brook field NA 发 表 了 应 用 于 同 样 范 畴 的 另 外 一 些 试 验 结 果 最 后 用 了 汤 姆 斯 节 克 丝 (Thomas Jackon) 的 Celestron 专 利 法 这 个 方 法 是 将 大 而 薄 的 玻 璃 毛 坯 用 真 空 夹 法 持 在 预 制 成 相 反 形 状 的 玻 璃 基 底 ( 样 板 形 状 ) 上 基 底 上 锯 从 中 心 通 到 边 缘 的 径 向 线, 四 周 用 凡 士 林 擦 光, 抽 成 真 空 后, 细 磨 与 抛 光 变 形 的 表 面 在 平 行 光 检 验 装 置 中 将 卡 塞 格 林 施 密 特 副 镜 修 整 到 零 位 这 种 天 文 望 远 镜 的 主 镜 是 球 面 镜 用 这 种 真 空 法 制 作 的 校 正 板, 其 表 面 是 完 全 象 散 的, 而 且 由 于 用 开 槽 的 磨 模 与 散 粒 磨 料 而 不 会 产 生 突 尖 的 带 区 误 差 但 因 制 作 校 正 板 时 需 用 真 空 装 置 与 金 属 夹 具, 使 成 本 很 高 1974 年 用 拖 动 抛 光 法 制 作 了 具 有 12in 校 正 板 f/2.95wright 望 远 镜, 抛 光 不 到 4h 就 完 成 了 第 132 页

164 第 二 十 一 章 施 密 特 照 相 机 两 个 面 的 修 整 显 然, 靠 近 焦 平 面 的 Wright 校 正 板 与 有 相 近 焦 比 的 施 密 特 照 相 机 上 的 主 镜 曲 率 中 心 的 校 正 板 相 比 需 要 更 大 校 正 量 参 考 文 献 Cooke,F. Making a Schmidt Plate by Vacum Deformation, Appl.Opt,11, (1972) Cooke,F. Figuring and Testing a Schmidt Correcting Plate, Sky and Telescope ,(October 1956). Cox H.W.and Cox,L.A. The Construction of A Schmidt Camera, J.Br.Astron.Assoc,38, (1938). Cox,H.W.and Cox,L.A Further Notes on Schmidt Cameras,J.Br.Astron.Assoc.50,61-68,(1939); reprinted in Ama eur Telescope Making,Book Three, (1953). De Vany,A,S, A Rapid Method of Makig a Schmidt Correcting Lens,Pop.Astron (1939) De Vany,A.S Four Tests for Schmidt Cameras Sky Magazine(forerunner of the Sky and Telescope), April issue 1944 Everhan,E. Making Corrector Plates by Schmidt s Vacuum Method, Appl.Opt., (1966) Hendrix,D.O.and Christie,W.H. Some Applications of the Schmidt Principle ln Optical Deign, in Amateur Telescope Making Book Three,A.G lngalls,ed.scl.ain (1953) Hodges,P.C. Berndard Schmidt and His Reflector Camera, in Amdteur Telescope Making,Book Three,A.G.lngalls.Ed,Sci Am (1953) Johnson,T.J.Celestron lnternational.torrance.california.priyate communication,1965. Lemaitre,G. New Procecures for Making Schmidt Corrector Plates,Appl Opt 11,2264(1972) Lemaitre,G. New Procedurs for Making Schmidt Corector Plates,Errata, Appl.Opt,112264(1972) Paul.H.E. Schmidt Camera Notes in Amateur Telescope Making Book Three, A.G.lngalls, Ed.,Sci.Am (1953) Schmidt,B. A Coma-Free System, Amateur Telescope Making,Book Three,A.G.lngalls,Ed.,Sci Am., (1953) Smiley,C.H. ll.chromatic Aberation and Other Factors Govering Design, Pop.Aston.48,43(1940) Wright,F.B Theory and Design of Aplanatic Reflectors Employing a Correcting Lens, Amateur Telescope Making,Advance,A.G.lngalls,Ed,Sci.Am (1959). 第 133 页

165 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 F/0.35 立 体 施 密 特 照 相 机 经 典 的 施 密 特 照 相 机 在 主 镜 曲 率 中 心 处 放 置 了 一 块 校 正 板 这 种 相 机 要 考 虑 两 个 问 题 : 首 先 是 球 面 镜 上 反 射 角 的 大 小 ; 其 次 是 低 焦 比 时 校 正 板 的 色 差 在 一 定 条 件 下 用 一 个 很 简 单 的 公 式 象 斑 直 径 的 大 小 : S=[ n/4(n-1)](h 2 /R 2 ) (22-1) 式 中 n 是 选 定 波 长 与 理 想 焦 点 的 成 象, 光 速 的 波 长 之 间 的 折 射 率 差 值 ;h 是 有 效 孔 径 的 直 径 ; R 为 球 面 镜 的 曲 率 半 径 例 如 :F/0.5 的 相 机, h=2mm,r=59mm 对 蓝 光 (F 线,4861) 有 精 确 焦 距 的 石 英 玻 璃 反 射 镜, 红 光 (C 线,6563) 象 的 直 径 是 0.007mm 因 为 必 须 S 的 高 次 项, 所 以 S 大 约 为 0.1mm 为 减 少 色 差, 用 单 块 玻 璃 的 校 正 板 无 济 于 事, 因 为 它 已 到 了 最 小 值 唯 一 可 能 改 进 的 方 法 就 是 使 用 一 块 冕 牌 玻 璃 和 一 块 火 石 玻 璃 组 合 的 消 色 差 校 正 板 有 些 人 建 议 使 用 实 心 的 玻 璃 结 构, 使 之 易 于 达 到 F/0.5 而 且 色 差 一 般 是 同 样 结 构 尺 寸 的 传 统 施 密 特 照 相 机 色 差 的 1/n 在 有 同 样 焦 距 和 焦 比 ( 所 以 在 摄 影 底 片 上 有 同 样 的 视 场 ) 时, 实 心 施 密 特 照 相 机 的 色 差 是 13n 3 或 者 是 普 通 施 密 特 照 相 机 色 差 的 1/3 正 如 贝 克 尔 所 指 出 的, 两 种 类 型 ( 轴 上 和 离 轴 ) 的 实 心 施 密 特 照 相 机 可 以 制 造 出 来, 但 是 色 差 仍 然 太 大 这 两 种 实 心 施 密 特 照 相 机 的 高 级 正 板 系 统 中 用 了 三 个 小 曲 率 的 非 球 面 胶 合 面 由 凸 凹 二 个 非 球 面 校 正 配 对 而 成 图 22.1 离 轴 与 共 轴 型 的 贝 克 尔 DBC 3 校 正 板 在 0.88 中 间 带 区 的 深 度 分 别 是 施 密 特 照 相 机 略 图 和 mm 众 所 周 知, 加 工 孔 径 小 非 球 面 偏 离 量 的 校 正 板 是 困 难 的 1. 共 轴 相 机 的 制 造 制 造 离 轴 施 密 特 照 相 机 过 程 中, 最 初 曾 决 定 从 一 般 共 轴 相 机 着 手, 因 为 它 的 光 学 加 工 技 术 比 分 层 实 心 离 轴 施 密 特 照 相 机 更 容 易 掌 握 ( 见 图 22.1) 后 来 证 明 这 样 是 不 必 要 的, 共 轴 和 离 轴 的 施 密 特 照 相 机 一 的 加 工 工 艺 在 本 质 上 是 一 样 的 普 通 共 轴 施 密 特 照 相 机 与 特 殊 的 离 轴 施 密 特 照 相 机 的 制 造 工 序 可 以 概 述 如 下 : 主 体 由 两 块 DF 1 火 石 玻 璃 组 成, 即 鲍 许 隆 (Bausch &lomb) 公 司 的 重 火 石 玻 璃,hd=1.6050,Vd=38.0, 校 正 板 用 DBC 3 重 负, 钡 冕 玻 璃 nd= , Vd=57.2 制 成, 校 正 板 与 主 体 胶 合 在 一 起 第 134 页

166 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 图 22.2 是 校 正 板 表 面 的 两 种 不 同 形 式 第 一 视 图 表 示 与 火 石 玻 璃 主 体 相 胶 合 的 表 面, 主 体 与 钡 冕 玻 璃 零 件 的 相 应 表 面 相 匹 配 第 二 视 图 是 钡 冕 零 件 的 另 一 视 图, 表 示 空 气 表 面 与 装 配 件 的 第 一 表 面 两 个 非 球 面 形 状 从 形 式 上 看 很 相 似, 但 是 它 们 的 斜 度 是 不 一 样 的, 贝 克 尔 很 早 就 计 算 了 那 些 数 据 ( 见 表 22.1 和 22.2) 表 22.1 贝 克 尔 实 心 型 共 轴 与 离 轴 相 机 的 规 格 D1 全 直 径 A1 有 效 孔 径 As 校 正 板 (l) 坐 标 正 As 校 正 板 (ll) 和 (lll) 的 坐 标 正 和 负 R 1 主 球 面 镜 半 径 ± R 2 焦 面 的 球 面 半 径 ±0.254 Fd 焦 平 面 直 径 F h 焦 平 面 孔 直 径 ( 轴 上 ) 17.5±0.254 d1 校 正 板 厚 度 ( 中 间 带 区 ) 5.59±0.254 d2 校 正 板 厚 度 ( 中 间 带 区 ) 55.88±0.254 d3 第 一 部 件 厚 度 ±0.050 d4 第 二 部 件 厚 度 ±0.254 d5 第 一 二 部 件 总 厚 度 50.72±0.254 d6 焦 平 面 临 界 焦 距 ±0.002 鲍 许 隆 公 司 玻 璃 目 录 编 号 N0.E40 图 22.2 共 轴 贝 克 尔 型 实 心 施 密 特 1. 重 火 石 玻 璃 Nd V37.9 照 相 机 的 设 计 图 2. 重 钡 冕 玻 璃 Nd V57.2 分 层 式 离 轴 型 相 机 火 石 玻 璃 块 ( 单 位 为 mm) 主 体 :3 块 (1 块 备 用 ) 焦 平 面 :3 块 (1 块 备 用 ) (12.6 和 6.35) 第 二 部 件 及 校 正 板 ( 轴 上 )V 形 切 口 12 6 制 造 火 石 玻 璃 主 体 的 第 一 部 件 时 用 样 板 检 验, 它 的 底 部 具 有 半 径 为 2.213in 的 球 面 主 射 镜, 另 一 端 为 1.224in 球 形 焦 平 面 三 个 表 面 的 均 加 工 到 1/8 入 面 形 质 量 接 着 制 造 火 石 玻 璃 主 体 二 个 部 件 中 的 第 二 部 件 ( 见 图 22.3) 用 空 心 钻 加 工 出 0.501in 的 胶 片 孔, 内 侧 表 面 公 差 不 0.5mm 完 成 了 一 端 的 非 球 面 加 工 后, 将 这 个 火 石 玻 璃 主 体 加 工 到 适 当 厚 度, 不 同 心 度 应 小 于 0.001in 在 热 水 浸 泡 充 满 孔 中 的 低 熔 点 沥 青 胶, 使 胶 从 玻 璃 体 慢 慢 地 熔 化, 然 后 清 除 之 ( 厚 度 尺 寸 见 表 22.1) 表 22.2 贝 克 尔 实 心 型 施 密 特 照 相 机 ( 尺 寸 规 格 :mm 为 单 位 的 非 球 面 坐 标 ) 校 正 板 第 一 面 校 正 板 第 二 面 与 火 石 玻 璃 主 体 第 一 面 环 带 号 NO Y X Y 相 同 X 第 135 页

167 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 环 带 号 NO Y X Y 相 同 X 中 间 带 为 了 使 DF 1 玻 璃 的 校 正 表 面 与 相 邻 的 重 冕 玻 璃 薄 圆 盘 校 正 板 的 表 面 相 匹 配, 我 们 采 用 了 两 套 模 具 第 一 套 是 用 铸 铁 制 成 的, 第 二 套 用 中 等 硬 度 的 黄 铜 制 成, 它 们 都 是 从 带 有 横 向 进 给 和 纵 向 进 给 滑 板 刀 架 的 车 床 上 加 工 出 来 的 在 该 金 属 毛 坯 上 钻 出 0.25in 的 小 孔, 用 来 作 精 密 加 工 时 的 定 位 用 刮 刀 和 砂 皮 加 工 出 与 上 述 近 似 的 形 状, 这 样 就 制 成 了 一 个 粗 糙 的 面 图 22.3 贝 克 尔 实 心 施 密 特 相 机 的 三 块 玻 璃 部 件 ( 分 解 视 图 ) 形, 并 用 百 分 表 测 定 非 球 面 最 后 的 X y 坐 标 值 其 中 y 值 精 度 达 0.005in 的 Ames 百 分 表 测 出,X 值 从 精 度 达 in Metron 第 136 页

168 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 千 分 表 测 出, 可 估 读 到 0.5/10000in, 测 量 范 围 为 铸 铁 表 面 最 后 非 球 面 形 状 的 偏 差 不 超 过 in 黄 铜 模 具 的 对 应 表 面 偏 差 不 超 过 in 测 X 坐 标 时 百 分 表 测 头 上 的 硬 质 球 直 径 必 须 小 于 0.2mm, 以 消 除 测 量 凸 表 面 矢 高 时 的 读 数 误 差 用 320 号 金 刚 石 砂 轮 在 校 正 板 的 两 个 面 上 加 工 出 两 个 凸 表 面, 使 磨 削 去 除 的 玻 璃 量 为 最 少 重 钡 冕 玻 璃 第 一 表 面 半 径 为 15.2in 第 二 表 面 半 径 为 15.5in 校 正 板 的 毛 坯 直 径 磨 边 到 2.250in 它 比 所 要 求 的 孔 径 约 大 4mm 用 320 号 碳 化 硅 及 铸 铁 模 研 磨 校 正 板, 并 经 常 将 它 们 放 在 三 个 互 成 的 球 支 承 夹 具 上 检 验 其 平 行 度 克 勒 维 林 德 电 子 仪 能 测 量 的 平 行 度 过 mm 用 95 号 刚 玉 磨 料 铸 铁 模 粗 磨 及 细 磨, 使 其 误 差 在 0.025~0.05mm 内 黄 铜 磨 具 达 到 较 高 的 粗 糙 度 及 一 定 形 状 后, 用 50 号 湿 的 刚 玉 磨 料 研 磨 两 个 5mm, 使 校 正 板 形 成 最 后 的 非 球 面 形 状 最 初 观 察 时, 精 密 表 面 高 几 个 光 圈, 当 充 分 抛 光 后, 则 光 圈 会 消 失, 出 现 不 规 则 颜 色 用 带 微 孔 的 海 绵 状 橡 皮 ( 不 象 带 大 孔 的 海 绵 那 样 富 有 弹 性 ) 为 抛 光 模 的 基 体, 在 其 上 浇 注 大 约 4mm 厚 的 沥 青 胶, 将 抛 光 模 切 成 与 被 抛 光 表 面 一 样 大 小 的 口 径 制 作 的 沥 青 抛 光 模 在 自 来 水 中 加 热, 并 且 把 它 放 在 涂 过 肥 皂 的 校 正 板 上 成 型 在 抛 光 模 上 切 割 成 1mm 宽 5mm 见 方 的 网 格 槽, 但 槽 要 刻 穿 沥 青 层, 直 到 基 体 的 橡 皮 垫 抛 光 模 以 100r/mm 的 速 度 旋 转, 两 块 零 件 的 校 正 表 面 放 在 上 面 用 手 工 操 作 最 后, 抛 光 模 破 损, 出 现 了 裂 纹 和 缺 口 然 而, 我 的 观 点 是 : 世 界 上 最 难 看 的 光 学 模 具, 恰 恰 加 工 出 世 界 上 最 好 的 工 件 整 个 过 程 全 是 手 工 操 作, 很 少 需 要 机 器 的 抛 光 用 与 上 述 非 球 面 的 第 一 面 及 DF-1 主 体 上 的 非 球 面 同 样 的 方 法, 精 密 与 抛 光 中 间 带 区 为 1.27mm 厚 的 重 钡 冕 玻 璃 薄 型 校 正 板 的 第 二 表 面 需 要 注 意 的 是 最 终 的 象 质 是 由 接 触 空 气 的 冕 牌 玻 璃 的 第 一 面 所 决 定 的 具 有 最 终 非 球 面 形 状 的 粗 糙 的 黄 铜 模 具 必 须 在 几 乎 干 的 且 没 有 磨 料 的 情 况 下 进 行 研 磨, 百 分 表 在 相 隔 90 0 的 两 个 方 向 上 检 查 人 们 企 图 在 研 磨 时 使 用 粗 糙 度 差 的 铸 铁 模 来 进 行 精 磨, 但 呈 现 硬 亮 斑, 而 且 不 能 达 到 最 终 的 形 状 不 过 检 验 后 发 现, 此 时 仅 需 要 修 抛 高 的 中 心 带 只 要 用 更 小 尺 寸 的 弹 性 抛 光 模 就 能 使 高 的 中 心 很 快 地 下 来 用 铜 套 筒 320 号 砂 在 校 正 板 中 心 套 一 个 孔, 将 一 块 圆 盘 样 板 装 在 带 中 心 定 位 孔 的 校 正 板 端 面 上, 再 从 两 个 方 向 钻 出 通 孔 装 配 比 较 简 单 明 了 用 透 镜 胶 将 校 正 板 与 主 体 的 匹 配 表 面 粘 结 起 来 ( 因 镀 模 层 可 能 会 脱 落, 所 以 不 必 进 行 镀 膜 处 理 ), 然 后 检 查 两 个 所 钻 中 心 孔 的 同 轴 性 如 果 不 同 轴, 用 空 心 钻 修 整 这 两 个 孔, 当 然 必 须 保 证 每 个 孔 留 有 1.0mm 的 余 量 共 轴 相 机 必 须 有 V 槽, 以 便 放 置 预 先 剪 好 的 圆 形 胶 片, 或 者 用 来 取 出 对 焦 平 面 板 在 校 正 板 与 火 石 主 体 胶 合 部 件 锯 V 形 槽 时 操 作 要 仔 细 V 形 槽 边 缘 宽 约 12mm, 相 机 槽 部 件, 必 须 设 计 一 个 较 好 的 夹 具 相 机 喷 射 几 层 丙 烯 酸 并 让 其 干 燥 后 放 进 夹 具, 最 后 再 靠 拢 是 个 好 办 法 将 锯 出 的 V 形 槽 加 工 出 斜 角, 并 且 用 几 种 级 别 的 碳 化 硅 ( 开 始 用 320 号, 最 后 用 600 号 ) 研 磨 在 钻 床 或 车 床 上 安 装 一 块 mm 的 铜 片 和 一 个 直 径 为 150mm 的 磨 具, 可 使 研 磨 更 为 方 便 为 防 止 已 抛 光 过 的 表 面 挠 曲 或 减 轻 泰 曼 效 应, 需 要 主 要 磨 掉 0.5mm 厚 的 玻 璃 层 完 成 这 些 操 作 后, 将 两 块 已 抛 光 过 的 火 石 玻 璃 表 面 用 透 镜 胶 合 剂 胶 合 在 一 起, 并 将 它 们 在 V 形 块 中 干 固 重 要 的 是 这 两 块 零 件 的 直 径 应 相 同 若 将 火 石 玻 璃 切 成 两 块 来 进 行 研 磨 与 抛 光 前, 按 一 个 整 体 磨 边, 则 可 确 保 它 们 有 相 同 的 直 径 至 此 就 完 成 了 轴 上 实 心 式 施 密 特 照 相 机 的 装 配, 最 后 用 黑 色 陶 瓷 喷 涂 2. 轴 相 机 的 制 造 因 为 要 同 时 制 造 两 台 离 轴 相 机 的 镜 片, 所 以 加 工 这 种 相 机 的 玻 璃 备 量 要 加 倍, 实 际 上, 是 将 光 学 玻 璃 块 与 平 板 玻 璃 胶 合 一 起 研 磨 并 抛 光 一 个 面, 然 后 磨 成 一 个 圆 柱 体 因 此, 首 先 应 加 工 成 全 孔 径 实 心 式 施 密 特 照 相 机 加 工 完 校 正 板 的 校 正 面 与 反 射 镜 主 体 后, 再 将 相 机 分 开, 并 装 配 成 两 只 离 轴 相 机 图 22.4 表 示 了 在 磨 成 一 个 圆 柱 体 之 前, 三 块 石 玻 璃 与 两 块 平 板 玻 璃 胶 合 成 一 块 立 方 体 的 情 第 137 页

169 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 况, 各 片 火 石 玻 璃 镜 片 硏 磨 成 互 相 平 行 的, 然 后 再 抛 光 三 片 火 石 玻 璃 ( 一 片 备 用 ) 都 是 厚 0.5in, 长 2.5in 其 中 一 块 由 厚 0.25in, 长 2.5in, 宽 1.25in 的 两 片 组 成, 精 磨 与 抛 光 时, 所 有 火 石 玻 璃 的 公 差 为 in, 在 2.5in 宽 度 方 向 上 的 平 行 度 在 0.001in 以 内 所 有 火 石 玻 璃 镜 片 的 两 图 22.4 主 镜 反 射 面 磨 边 与 铣 磨 前, 将 离 轴 相 机 的 多 块 玻 璃 片 胶 合 成 一 个 立 方 体, 各 图 22.5 重 新 胶 合 已 抛 光 的 主 镜, 细 磨 表 面 间 必 须 达 到 一 定 的 平 行 度 抛 光 端 面 上 的 非 球 面 个 表 面 都 要 达 到 1/2 入 的 质 量 ( 见 表 22.1 和 图 22.5) 反 射 镜 磨 边 和 铣 削 成 型 前 应 胶 成 一 块 立 方 体, 每 一 块 火 石 玻 璃 镜 片 与 平 板 保 护 玻 璃 间 用 涂 有 沥 青 胶 的 镜 头 纸 来 保 护 火 石 玻 璃 的 抛 光 表 面 将 立 方 体 磨 边 到 2.25in 的 加 工 直 径, 且 使 主 球 面 反 射 镜 的 半 径 为 2.213±0.002in 球 面 反 射 镜 表 面 经 精 磨 和 抛 光 后, 用 样 板 检 验 达 到 1/8 入 的 表 面 质 量 时, 就 加 工 完 毕 然 后 玻 璃 块 拆 胶, 将 火 石 玻 璃 片 清 洗 干 净 并 倒 角 再 将 一 块 较 薄 的 0.25in 厚 的 带 有 反 射 面 的 平 行 块 放 在 一 边, 等 待 下 一 步 加 工 把 第 二 片 (0.25in) 火 石 玻 璃 片 重 新 胶 合 成 圆 柱 体, 但 需 放 在 超 出 主 1mm 处, 然 后 手 工 研 磨 到 与 预 磨 的 曲 率 半 径 为 2.213in 的 球 面 表 面 相 同 时 再 精 磨 抛 光 镀 铝 ( 见 图 22.5) 研 磨 过 程 中 需 用 三 只 球 与 一 只 百 分 表 的 检 验 装 置 来 保 证 每 一 块 胶 合 玻 璃 的 平 行 度 为 了 控 制 球 形 焦 面 及 焦 面 与 主 反 射 镜 球 形 表 面 间 的 极 限 距 离, 需 要 设 计 一 种 特 殊 的 夹 具 开 始 曾 用 带 有 槽 口 的 球 形 铸 铁 凹 槽 来 进 行 研 磨, 但 是, 脆 性 的 火 石 玻 璃 与 铸 铁 一 起 抛 光 时, 不 可 能 得 到 一 个 无 划 痕 的 理 想 抛 光 表 面, 后 来 设 计 了 一 种 用 同 样 火 石 玻 璃 制 造 的 玻 璃 夹 具, 如 图 22.6 所 示 的 一 块 厚 度 为 1.011in 的 凹 球 面, 并 且 有 一 个 宽 度 为 0.265in, 槽 长 为 0.625in 的 槽 口 穿 过 该 凹 球 面 将 火 石 玻 璃 片 装 入 槽 里, 并 用 沥 青 透 镜 纸 粘 结, 精 磨 与 抛 光 半 径 为 1.011in 的 球 面 直 到 极 限 焦 距 为 0.982±1/100in 为 止, 并 由 模 具 上 的 铣 槽 控 制 主 球 面 与 焦 平 面 的 同 心 度 用 同 样 方 法 精 磨 与 抛 光 第 二 块 火 石 图 22.6 用 特 殊 铸 铁 磨 模 研 磨 与 抛 光 具 有 凹 球 面 玻 璃 片 的 上 表 面 磨 掉 一 些 就 可 以 重 新 恢 复, 的 火 石 玻 璃 片 因 为 上 表 面 不 影 响 极 限 焦 距 用 加 拿 大 树 胶 胶 合 如 图 22.5 所 示 的 多 块 火 石 玻 璃, 将 另 一 块 火 石 玻 璃 片 一 分 为 二, 其 中 一 片 胶 到 圆 柱 体 的 上 面, 这 样 制 造 拒 不 执 行 表 面 与 校 正 的 斜 度 正 好 相 反 为 了 测 试 工 作 的 需 要 也 可 以 在 焦 面 附 近 加 工 一 个 槽 籍 助 主 镜 研 磨 模 使 热 的 玻 璃 平 板 胶 合 件 冷 却 后 保 持 同 心 位 置 将 热 的 胶 合 件 放 入 凹 球 模 之 前, 应 在 凹 球 模 的 表 面 上 放 一 张 光 滑 的 铝 箔, 等 胶 合 件 冷 却 后, 把 它 与 主 镜 一 起 放 在 预 热 过 的 直 径 为 2.0in 的 黄 铜 磨 边 模 上, 再 用 传 统 的 方 法 胶 粘 于 夹 具 上 注 意 : 应 用 胶 带 纸 把 中 间 那 块 第 138 页

170 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 小 的 火 石 玻 璃 片, 固 定 起 来, 不 要 使 它 沉 入 顶 面 之 下, 将 夹 具 与 胶 合 件 慢 慢 地 绕 水 平 轴 转 动, 并 移 动 整 个 组 件, 使 冷 却 后 与 夹 具 的 同 心 度 达 到 0.005in, 然 后 以 大 约 13.2in 的 凹 曲 率 半 径 将 组 合 体 的 凹 面 深 度 铣 磨 到 0.01in 的 公 差 上, 即 组 合 体 的 总 长 度 为 1.903in, 因 而 有 0.020in 的 玻 璃 磨 削 余 量, 此 外 还 应 用 三 只 球 支 承 检 验 夹 具 经 常 检 测 工 件 的 同 心 度 离 轴 校 正 板 的 制 造 与 共 轴 相 机 校 正 的 制 造 方 法 相 同 完 成 校 正 板 的 制 造 后, 用 加 拿 大 胶 将 它 和 相 机 主 体 上 与 它 匹 配 的 负 校 正 表 面 胶 合 在 一 起 胶 合 前, 每 块 元 件 都 要 微 微 加 热 胶 合 后 的 玻 璃 块 如 图 22.1 所 示 3. 测 试 : 测 试 经 修 整 及 抛 光 后 的 实 心 相 机 有 几 种 方 法 3.1 罗 尔 (Lower) 测 试 法 首 先 使 用 如 图 22.7 所 示 的 罗 尔 测 试 法 在 塑 料 棒 的 凸 不 规 则 面 上 用 半 干 的 油 漆 画 一 条 0.05mm 的 线 条, 凸 球 面 与 凹 的 焦 面 相 匹 配 塑 料 棒 有 一 个 粗 抛 光 的 端 面, 线 条 画 在 凸 面 上 用 小 光 源 照 明 线 条 时, 通 过 一 个 装 有 十 字 叉 线 的 小 望 远 镜, 可 以 由 目 镜 观 察 到 这 条 线 的 投 影 线 望 远 镜 移 到 不 同 位 置 观 察 时, 线 条 可 以 移 到 任 何 带 区 可 以 利 用 观 察 任 何 带 区 上 投 影 线 的 直 线 性 来 检 验 相 机 的 象 差 校 正 情 况, 并 根 据 某 一 带 区 线 条 的 弯 曲 程 度 来 检 验 该 带 区 的 象 差 ( 见 图 22.7) 同, 由 于 非 球 面 度 大 的 表 面 有 干 扰 效 应, 因 此 观 察 者 不 能 用 肉 眼 观 察 3.2 德 范 尼 (Vang) 测 试 法 德 范 尼 测 试 法 在 许 多 方 面 与 罗 尔 测 试 法 相 同, 但 它 是 一 个 经 改 进 后 的 装 置, 它 将 投 射 出 的 一 组 小 方 格 用 望 远 镜 或 投 影 在 一 定 距 离 的 屏 幕 上 就 可 观 察 到 ( 见 图 22.7) 为 了 进 行 这 项 测 试, 可 用 一 块 150 个 方 格 /in 的 玻 璃 纤 维 网 格 板, 在 它 前 面 放 一 块 很 小 的 白 塑 料 纸, 使 网 格 固 定 在 某 一 位 置 上, 用 来 作 为 光 线 的 漫 射 器, 但 注 意 要 将 它 放 在 图 22.5 中 开 口 处 的 中 间 玻 璃 块 胶 合 相 机 的 中 心 是 一 个 细 长 的 球 面, 图 22.7 罗 尔 与 德 范 尼 测 试 法 的 特 性 即 为 焦 面, 再 制 作 一 块 与 焦 平 面 相 匹 配 的 小 的 并 刻 有 刻 线 的 塑 料 凸 球 面, 在 其 中 心 区 域 前 面 放 上 显 微 镜 照 明 光 源 多 层 胶 合 相 机 中, 一 块 小 的 格 栅 或 刻 有 刻 线 的 塑 料 凹 球 面 块 可 以 用 组 合 圆 柱 体 左 侧 的 开 口 来 定 位, 并 将 显 微 镜 照 明 灯 对 准 胶 合 在 校 正 板 中 心 的 小 直 角 棱 镜, 使 光 线 通 过 棱 镜 投 射 出 1m 大 小 的 象 利 用 各 种 网 格 象 可 判 断 需 修 磨 的 面 形 ( 见 图 22.7) 4. 光 学 修 磨 成 型 已 经 研 究 出 了 一 种 用 弹 性 抛 光 模 光 学 修 磨 成 型 直 径 小 非 球 度 大 的 表 面 的 工 艺 方 法, 就 是 用 第 139 页

171 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 样 板 压 型 与 刮 切 Zona/ 软 沥 青, 使 抛 光 模 的 面 形 有 不 同 的 形 状 制 作 聚 酯 薄 膜 样 板 按 下 列 步 骤 进 行 ( 参 见 附 录 14) 1. 剪 一 张 稍 大 于 抛 光 模 直 径 的 圆 聚 酯 薄 片 2. 通 过 直 径 将 它 折 叠 成 半 圆 形 3. 将 半 圆 形 的 一 面 折 叠 成 两 个 相 等 的 60 0 扇 形 4. 用 剪 刀 将 六 折 的 60 0 扇 形 剪 成 所 要 求 的 形 状 例 如 : 校 正 板 中 心 为 高 带 时, 则 图 样 呈 六 角 形 样 板 中 心 区 必 须 盖 住 中 心 高 带 的 最 大 面 积 的 3/4 左 右, 利 用 六 角 形 来 尽 量 盖 住 3/4 的 面 积 是 因 为 在 抛 光 过 程 中, 胶 合 相 机 主 体 转 动 的 同 时 还 必 须 考 虑 抛 光 的 摆 动 动 程 压 制 与 刮 切 弹 性 抛 光 模 以 及 切 割 抛 光 模 轮 廓 的 一 般 步 骤 如 下 : 将 聚 酯 描 图 纸 片 放 在 微 热 的 沥 青 模 上, 同 时 把 用 抛 光 液 湿 润 过 的 光 学 元 件 在 转 轴 上 为 了 加 快 成 型 过 程, 在 抛 光 模 上 加 铅 重 块, 用 刀 片 重 新 切 割 抛 光 模, 以 便 刮 掉 在 槽 里 的 沥 青 在 这 里 不 可 能 对 各 种 各 样 的 抛 光 模 形 状 作 详 细 的 讨 论 ( 见 附 录 14) 然 而 一 只 抛 光 模 可 以 多 次 使 用, 需 要 时, 可 以 将 抛 光 模 某 一 区 域 的 沥 青 胶 压 低, 而 另 一 区 域 的 沥 青 胶 提 高 薄 抛 光 模 盘 作 为 一 个 整 体 保 持 切 出 的 轮 廓 形 状, 重 复 使 用 时, 不 必 再 作 修 整 校 正 板 在 机 器 上 旋 转 时, 抛 光 模 动 程 大 小 是 很 重 要 的 将 抛 光 模 拿 在 两 手 中, 根 据 修 整 的 范 围, 其 动 程 大 小 不 应 超 过 2~5mm 玻 璃 的 去 除 速 度 取 决 于 压 力 的 大 小 以 及 固 定 相 机 主 体 的 主 轴 旋 转 速 度 弹 性 抛 光 模 在 边 缘 的 抛 光 作 用 不 强, 在 严 重 翘 边 时, 必 须 使 用 一 只 整 体 的 环 状 抛 光 模, 但 也 经 常 借 助 于 铅 笔 上 的 橡 皮 来 去 除 翘 边 在 局 部 修 磨 过 程 中 形 成 的 波 浪 形 面 形 可 以 用 弹 性 抛 光 模 来 修 正 用 较 小 的 环 带 抛 光 模 来 修 整 光 学 表 面 时, 易 于 出 现 象 散, 但 用 同 样 尺 寸 的 整 体 式 抛 光 模 校 正 板 的 表 面 可 以 避 免 象 散 的 产 生 转 轴 以 最 大 的 转 速 旋 转 几 分 钟 后, 待 转 速 减 少 到 一 半 时, 再 重 复 进 行 抛 光 操 作 因 为 抛 光 模 上 没 有 预 制 的 方 格 槽, 所 以 沥 青 只 能 流 入 径 向 槽 显 然, 在 加 工 过 程 中 会 产 生 以 下 几 种 情 况 : 首 先, 如 果 用 小 抛 光 模 的 抛 光 作 用 较 大, 而 在 较 低 的 带 区, 抛 光 作 用 较 小 第 二, 磨 掉 高 低 波 纹 带 区 误 差 后, 整 体 抛 光 模 就 利 于 使 校 正 向 过 校 正 的 外 形 变 化 所 以 预 校 正 时 必 须 非 常 接 近 要 求 的 面 形 直 得 注 意 的 是 在 加 工 两 个 贝 克 尔 型 实 心 施 密 特 照 相 机 的 过 程 中, 要 修 磨 一 个 过 校 正 的 中 心 高 带 区 修 磨 小 直 径 且 非 球 度 大 的 表 面 时, 决 不 要 钻 孔 或 开 V 形 槽 以 免 妨 碍 弹 性 沥 青 抛 光 模 的 抛 光 作 用 非 球 面 成 型 后, 最 好 用 细 粒 度 的 碳 化 硅 刚 玉 而 不 要 用 金 刚 石 磨 具 来 锯 切 或 钻 孔 正 如 前 面 所 讨 论 的, 首 先 用 金 刚 石 锯 切 轴 上 相 机 孔 径 内 的 V 形 槽, 然 后, 为 消 除 泰 曼 效 应 应 研 磨 掉 V 形 槽 两 边 1mm 的 玻 璃 余 量 5. 装 配 两 只 离 轴 实 心 施 密 特 照 相 机 装 配 两 只 离 轴 相 机 是 很 简 单 的 在 可 调 电 炉 加 热 玻 璃 圆 柱 体, 每 隔 5min 温 度 5 0 C, 直 到 树 酯 胶 熔 化 后 能 将 玻 璃 分 开 为 止 然 后 清 洗 冷 却 后 的 火 石 玻 璃, 检 查 腐 蚀 斑 点, 再 把 所 有 玻 璃 片 放 在 整 体 式 抛 光 模 上 抛 修 两 块 玻 璃 的 一 个 侧 面 预 先 用 145 号 金 刚 砂 精 磨 过, 即 磨 火 石 玻 璃 上 的 一 个 表 面 以 及 大 火 石 玻 璃 片 的 一 面 精 磨 开 始 前, 主 镜 表 面 必 须 精 确 定 位 图 22.8 是 一 个 照 相 机 的 组 装 好 的 单 元 图 22.8 完 工 的 离 轴 贝 克 尔 施 密 特 照 相 机 的 视 图 用 抛 光 模 抛 修 火 石 玻 璃 片 并 抛 去 腐 蚀 斑 点 用 标 准 平 晶 检 验 重 新 抛 光 后 的 玻 璃 片 的 平 面 度, 使 其 达 到 半 个 波 长 必 须 指 出 的 是 这 些 火 石 玻 璃 片 的 平 面 可 能 与 原 来 的 平 面 度 不 一 致, 但 不 会 影 响 胶 合 致 损 害 最 后 的 象 质 第 140 页

172 第 二 十 二 章 共 轴 与 离 轴 的 贝 克 尔 型 因 为 校 正 中 间 较 薄, 所 以 必 须 仔 细 地 用 金 刚 石 锯 片 将 校 正 锯 成 两 块 每 一 块 校 正 板 的 每 面 都 要 留 有 0.5mm 的 玻 璃 余 量, 以 便 使 它 与 主 体 胶 合 后 可 以 精 磨 组 件 的 两 侧 然 后, 将 三 个 零 件 胶 成 一 体,30min 内 树 胶 固 化 首 先 除 掉 镀 上 带 有 保 护 层 的 新 铝 膜 用 夹 具 胶 合 两 块 火 石 玻 璃 主 体 并 使 之 慢 慢 地 干 固 然 后, 粗 磨 掉 校 正 板 两 个 侧 面 的 1mm 余 量 并 非 常 仔 细 地 与 已 胶 合 起 来 的 火 石 玻 璃 与 主 体 胶 合 在 一 起 此 外 设 置 了 一 台 带 有 一 块 镀 铝 自 准 直 平 面 的 自 准 直 装 置 [ 见 图 22.9a~b] 这 块 离 轴 反 射 镜 照 相 机 的 焦 面 上 由 离 轴 相 机 射 出 兵 平 行 光 速 重 新 反 射 到 显 微 镜 中, 使 针 孔 光 源 的 象 经 目 镜 放 大, 在 刚 性 联 接 的 相 机 主 体 上 应 胶 合 上 ( 未 固 化 ) 校 正 板 当 树 胶 固 化 和 校 正 牢 固 地 定 位 后, 通 常 可 以 观 察 到 椭 圆 形 的 象 校 正 板 粘 结 而 固 定 时, 象 不 会 变 形, 故 若 校 正 板 定 位 不 正, 就 观 察 到 椭 圆 象, 而 校 正 板 正 确 地 放 在 火 石 主 体 上 时, 象 就 变 为 圆 而 对 称 胶 固 化 后 (36h), 磨 掉 校 正 板 侧 面 所 留 的 余 量, 并 与 主 体 一 致 必 须 在 平 面 铜 盘 上 精 磨 定 位 焦 平 面 的 火 石 玻 璃 主 体 用 丙 烯 酸 喷 雾 液 保 护 镀 铝 的 和 抛 光 的 表 面 所 有 精 磨 表 面 用 丙 酮 除 去 水 雾 后, 再 涂 上 两 层 黑 漆, 并 用 如 图 22.9a b 中 的 自 准 直 装 置 或 者 用 一 台 长 焦 距 平 行 光 管 ( 阿 斯 卡 尼 亚 型 ) 作 最 后 的 象 质 测 试 图 结 论 可 以 得 到 下 列 结 论 : 1) 共 轴 与 离 轴 型 实 心 施 密 特 照 相 机 的 光 学 加 工 工 艺 是 一 样 的 2) 深 非 球 面 的 制 造 完 全 取 决 于 铜 磨 模 的 最 后 形 状 将 0.2in 的 玻 璃 块 插 入 两 个 铸 铁 和 黄 铜 的 非 球 面 研 磨 模 的 铰 孔 内, 顺 次 一 起 研 磨, 因 此 在 研 磨 非 球 面 校 正 板 时 未 出 现 高 带 3) 最 后 研 磨 时, 必 须 研 细 黄 铜 非 球 面 研 磨 模 上 的 研 磨 材 料, 以 防 止 研 磨 模 与 校 正 之 间 形 成 薄 膜 4) 把 要 等 装 配 的 所 有 玻 璃 元 件 的 锐 角 进 行 倒 角 习 题 : 1. 试 用 式 (22-1) 计 算 当 f/0.6 h 为 41mm R 为 52mm 用 UBK-7 玻 璃 制 造 样 机 时 C 线 与 f 线 (C 线 为 6563A 0 F 线 为 4861A 0 ) 的 色 差 2. 说 明 如 何 制 造 非 球 面 模 具? 制 造 哪 种 非 球 面 是 最 困 难 的? 为 什 么? 3. 哪 三 种 光 学 检 验 方 法 可 以 用 于 检 验 组 合 式 相 机? 4. 说 明 塌 边 和 中 心 过 校 正 时 自 准 直 光 学 系 统 的 焦 外 罗 契 图 5. 说 明 制 作 非 球 面 沥 青 抛 光 模 的 抛 光 方 法 参 考 文 献 制 版 : Baker,J.G.Proc.Am.Phil.Soc.,82, (1940) Cox,H.W.and Cox,L.A. Further Notes on Schmidt Cameras, in Amateur Telescope Making,Book Three,A.G.Ingalls,Ed,Sci.Am.349(1953). De Vany,A.S. Two New Telescope Design, Appt.Opt.2, (1963) Lower,H. Notes on the Construction of an f/1.0 Schmidt Camera, in Amateur Telescope Making Book Two or Advance, A.G.Ingals,Ed.Sci.Am (1959) 第 141 页

173 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 牛 顿 式 或 者 卡 塞 格 林 反 射 式 望 远 镜 模 糊 成 象 的 缺 陷 已 成 为 使 用 者 的 研 究 课 题 其 中 有 些 缺 点, 例 如 敞 开 式 镜 筒 中 的 气 流 对 象 质 的 影 响 以 及 擦 去 镀 膜 面 上 的 灰 尘 和 凝 聚 的 水 气 而 使 镀 层 损 坏 等 是 难 以 克 服 的, 短 焦 距 牛 顿 式 望 远 镜 不 可 能 有 足 够 高 的 放 大 率 来 观 察 行 星 系, 而 大 视 场 长 焦 距 卡 塞 格 林 望 远 镜 又 存 在 一 系 列 缺 陷 ( 见 图 23.1) 因 此, 许 多 业 余 爱 好 者 使 用 折 反 射 光 学 系 统, 例 如 用 施 密 特 - 卡 阻 格 林 和 马 克 苏 多 夫 系 统, 这 些 系 统 中 用 校 正 透 镜 来 平 衡 主 反 射 镜 的 象 差 1930 年 研 制 的 早 期 施 密 特 相 机 的 校 正 板 装 在 投 射 镜 的 曲 率 中 心 处, 于 是 望 远 镜 筒 长 为 实 际 焦 距 的 两 倍 由 于 焦 平 面 严 重 弯 曲, 因 而 难 以 达 到 目 视 工 作 的 要 求, 因 此 这 种 施 密 特 相 机 只 能 制 成 短 焦 距 大 视 场 1940 年 詹 姆 斯 贝 克 (James G.Baker) 提 出 了 平 场 照 相 机 后 来 用 于 目 视 工 作 的 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 又 设 计 成 了 具 有 同 样 总 体 尺 寸 并 较 流 行 的 马 克 苏 多 夫 式 望 远 镜 系 统 例 如 1962 年 4 月 罗 纳 德 (Ronaed R.) 威 廉 (Willey Jr.) 在 天 文 与 望 远 镜 (P191 和 226) 文 中 介 绍 的 望 远 镜, 其 副 镜 ( 橢 圆 镜 ) 装 在 一 块 校 正 板 上, 以 消 除 十 字 叉 丝 的 衔 射 效 应 由 于 球 面 更 为 平 坦, 具 有 十 字 叉 丝 的 焦 面 位 于 主 反 射 镜 的 后 面, 这 样 对 目 视 观 察 是 有 利 的, 而 且 由 于 校 正 板 的 孔 径 与 主 镜 一 样 大, 所 以 望 远 镜 的 有 效 孔 径 大 于 相 应 的 马 克 苏 多 夫 - 图 23.1 业 余 爱 好 者 与 专 业 天 文 学 者 卡 塞 格 林 系 统 由 威 廉 先 生 的 计 算 机 光 线 追 跡 结 果 表 使 用 的 一 些 望 远 镜 系 统 明, 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 的 轴 外 点 的 象 质 是 满 意 的 1. 可 能 的 设 计 方 案 球 面 和 二 次 曲 面 可 以 有 各 种 不 同 的 的 组 合, 例 如, 抛 光 面 为 主 镜 球 面 为 次 镜 ; 橢 圆 面 为 主 镜 球 面 为 次 镜 (Dall-Kiham 系 统 的 校 正 板 必 须 过 校 正 或 校 正 不 足 ); 主 镜 及 图 23.2 主 镜 与 次 镜 有 相 同 的 曲 率 半 径 的 平 场 次 镜 有 相 同 半 径 的 扁 球 面 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 ( 图 中 符 号 意 义 见 表 23.1) 第 142 页

174 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 (mariner 望 远 镜 ) 显 然, 由 主 镜 翘 边 或 次 镜 塌 边 达 到 消 球 差 慧 差 和 象 散 目 的 时 易 于 实 现 中 等 程 度 的 校 正 ( 不 足 或 过 头 ) 图 23.2 所 示 的 望 远 镜 系 统 是 所 有 复 合 的 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 中 最 容 易 制 造 的 一 种 形 式, 因 为 系 统 f 的 主 镜 和 次 镜 都 是 具 有 相 同 曲 率 半 径 的 球 面 而 系 统 Ⅱ 则 稍 微 有 些 差 别, 主 镜 与 次 镜 有 相 同 的 曲 率 半 径, 但 次 镜 是 一 个 浅 的 圆 锥 面 下 面 首 先 介 绍 系 统 Ⅰ 2. 系 统 Ⅰ( 球 面 型 的 主 镜 与 次 镜 ) 主 镜 与 次 镜 的 曲 率 半 径 相 等, 满 足 匹 兹 伐 条 件, 使 象 面 弯 曲 为 零 而 形 成 平 的 象 面 与 标 准 的 卡 塞 格 林 系 统 的 象 散 比 较, 该 系 统 象 散 对 换 的 系 数 小, 因 为 低 的 放 大 率 (1.71 倍 ) 和 小 的 光 圈 (f/11), 彗 差 可 以 不 必 考 虑 由 于 镜 筒 是 密 封 的, 并 且 校 正 板 与 次 镜 重 合, 这 种 结 构 紧 凑 的 光 学 系 统 正 好 与 f/5 牛 顿 式 反 射 望 远 镜 的 镜 管 长 度 近 似 相 等, 当 然 f/11 的 有 效 焦 比 具 有 更 大 的 通 用 性 这 里 列 出 四 种 尺 寸, 焦 距 范 围 从 66in( 口 径 6in)~132in( 口 径 12in) 这 样, 高 的 放 大 率 可 以 用 短 的 焦 距 ; 而 中 等 大 小 的 视 场 可 以 用 低 的 放 大 率 以 满 足 各 种 天 文 摄 影 的 要 求 表 23.1 列 出 了 设 计 参 数 表 23.1 施 密 特 - 格 林 望 远 镜 (in) CA 校 正 板 通 光 口 径 Dc 校 正 透 镜 全 直 径 Dm 校 正 透 镜 厚 度 Tm 主 镜 直 径 Dh 主 镜 中 心 厚 度 Ds 主 镜 中 心 孔 直 径 Ts 次 镜 全 直 径 R1 次 镜 厚 度 R2 主 镜 曲 率 半 径 S 反 射 镜 间 距 BFL 后 焦 距 EFL 卡 塞 格 林 系 统 的 有 效 焦 距 以 mm 为 单 位 CA 校 正 板 通 光 口 径 Dc 校 正 透 镜 的 全 直 径 Tc 校 正 透 镜 存 度 Dm 主 镜 直 径 Tm 主 镜 中 心 厚 度 Dh 主 镜 中 心 孔 直 径 Ds 次 镜 全 直 径 Ts 次 镜 存 度 R1 主 镜 曲 率 半 径 R2 次 镜 曲 率 半 径 S 反 射 镜 间 隔 BFL 后 焦 距 EEL 卡 塞 格 林 系 统 有 效 焦 距 (1) 为 了 便 于 摄 影, 如 果 需 要 的 话, 主 镜 中 心 孔 直 径 可 以 大 于 25.4 (2) 该 距 离 隋 固 定 次 镜 的 软 木 塞 厚 度 与 次 镜 的 厚 度 而 变, 变 化 范 围 为 25.4~50.8mm 第 143 页

175 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 3. 反 射 镜 的 制 造 因 为 主 次 投 射 镜 具 有 相 同 的 曲 率 半 径, 所 以 它 们 可 以 一 起 制 造, 一 个 作 为 投 射 镜 圆 盘, 另 一 个 作 磨 具 奥 斯 卡 克 纳 布 (Oscar-Knab) 在 制 造 4.5in 反 射 镜 作 了 类 似 的 工 作 ( 天 空 与 望 远 镜 P.233) 他 建 议 研 磨 球 面 时 要 经 常 用 国 产 球 径 仪 来 检 验, 而 且 可 以 用 任 何 常 规 的 方 法 来 加 工 F/6 的 球 面, 只 是 比 常 规 F/8 牛 顿 式 反 射 镜 的 曲 率 半 径 稍 小 一 点 曲 率 半 径 的 公 差 为 ±1in, 因 为 光 学 系 统 装 配 后 再 检 验 时, 最 后 的 允 许 误 差 值 就 确 定 了 此 时 可 以 用 黄 铜 或 薄 铝 片 制 成 样 板 来 检 验 凹 面 镜 的 曲 率 半 径 用 320 号 金 刚 砂 研 磨 之 前, 根 据 标 23.1 上 列 出 的 校 正 孔 的 直 径, 用 中 心 钻 钻 出 两 块 反 射 镜 上 的 孔 因 为 从 磨 砂 玻 璃 块 上 切 割 下 来 的 副 镜 与 主 镜 上 的 直 径 近 似 相 等, 所 以 可 以 用 同 一 个 圆 柱 空 心 钻 钻 出 为 了 做 好 这 项 工 作, 要 做 一 个 精 确 的 圆 形 胶 合 板 样 板, 样 板 的 外 径 与 主 镜 的 直 径 相 等, 样 板 的 中 心 孔 内 径 与 次 镜 直 径 相 等 空 心 钻 的 外 径 决 定 了 主 镜 的 中 心 孔 大 小, 其 内 径 则 套 出 了 次 镜 的 外 径 80 号 碳 化 硅 砂 粒 的 大 小 影 响 两 个 孔 的 直 径 制 造 透 镜 时 次 镜 的 直 径 误 差 为 ±1/32in 中 心 钻 的 外 径 及 砂 粒 的 大 小 确 定 了 主 镜 上 孔 的 大 小 图 23.3 作 出 图 示 说 明 铜 或 钢 的 薄 壁 筒 必 须 与 胶 合 板 样 板 中 心 孔 的 尺 寸 一 致 将 圆 筒 装 到 钻 床 上 时, 它 必 须 与 中 心 杆 相 匹 配 钻 削 中 心 孔 时, 将 样 板 放 在 粗 磨 过 的 凹 面 镜 表 面 上, 样 板 的 中 心 孔 中 加 入 80 号 金 刚 砂 及 水, 在 反 射 镜 中 与 样 板 的 边 缘 贴 上 几 层 胶 带 纸, 使 两 者 可 靠 地 固 定 钻 了 大 约 1/8in 深 度 后, 撕 掉 胶 带 纸 并 取 下 样 板, 然 后 才 可 以 加 入 一 些 碳 化 硅 砂, 并 用 均 匀 的 压 力 钻 孔 因 为 钻 透 时 底 面 可 能 破 损, 故 不 必 钻 通, 图 23.3 从 凸 面 钻 取 主 镜 与 次 镜 中 心 钻 的 而 是 把 样 板 贴 在 反 面 再 慢 慢 地 钻 削, 直 到 与 钻 孔 装 置 原 来 已 钻 好 的 部 分 接 通 为 止 下 一 步 是 在 凸 磨 模 玻 璃 上 放 凹 面 镜, 以 钻 出 副 镜 开 始 钻 进 凸 模 时 仅 用 320 号 碳 化 硅, 钻 孔 前 玻 璃 坯 料 必 须 互 相 对 准 中 心 并 用 胶 带 纸 固 定 一 当 钻 出 凹 的 圆 环 槽 后, 象 凹 面 镜 钻 孔 一 样 钻 孔 完 毕 从 玻 璃 毛 坯 上 套 钻 出 的 工 件 都 必 须 用 145 号 砂 磨 出 1/32in 的 倒 角, 钻 出 的 孔 也 必 须 倒 出 大 的 倒 角 然 后 用 熔 化 的 石 蜡 将 玻 璃 块 再 粘 入 套 孔 中, 插 入 三 根 火 柴 棒 使 玻 璃 块 与 孔 均 匀 隔 开 用 细 金 刚 砂 细 磨 反 射 镜 表 面 后 再 用 球 径 仪 或 半 径 样 板 检 验 其 镜 曲 率 半 径 二 块 凹 凸 球 面 对 磨, 上 下 位 置 交 替 可 以 修 磨 到 要 求 的 曲 率 半 径 如 果 反 射 镜 的 曲 率 半 径 太 小 就 放 在 下 面 加 工 ; 反 之 亦 然 两 个 背 面 也 应 该 细 磨 以 便 抛 光 但 初 学 者 加 工 的 反 射 镜 前 表 面 可 能 成 球 面 或 抛 物 面 首 先 抛 光 主 镜, 然 后 用 刀 口 仪 或 罗 契 测 试 仪 在 球 面 的 中 心 检 验 球 面 ( 见 图 A14.1 与 A14.2 所 示 的 焦 点 图 或 罗 契 检 验 图 形 ) 凹 面 反 射 镜 的 背 面 必 须 进 行 粗 抛 光 并 使 表 面 与 周 围 环 境 温 度 一 致, 以 免 由 于 泰 曼 效 应 而 引 起 焦 点 图 的 变 化 一 旦 发 生 了 变 化, 则 要 重 新 修 磨 球 面 接 下 来 是 抛 光 次 镜 的 平 面 与 凸 面, 次 镜 的 平 面 粗 抛 到 50%, 而 球 面 仍 然 保 持 不 变 检 验 凸 面 时, 透 射 光 线 穿 过 扫 射 镜 的 平 面 从 而 引 起 检 验 误 差 用 这 种 方 法 检 验 透 镜 时 有 透 射 缩 小 效 应, 所 以, 罗 契 检 验 时 最 好 使 用 黄 的 或 红 的 虑 色 片 次 镜 曲 率 半 径 有 微 小 的 变 化 是 允 许 的, 可 用 零 位 图 ( 球 面 ) 法 从 两 块 玻 璃 坯 料 上 取 下 嵌 入 孔 内 的 玻 璃 圆 块 的 办 法 是 在 沸 水 里 熔 化 玻 璃 圆 块 四 周 的 石 蜡 用 二 甲 苯 清 洗 两 个 表 面, 然 后 再 用 含 有 洗 涤 剂 的 水 溶 液 洗 净 并 烘 干, 最 后 在 两 个 表 面 上 镀 上 铝 保 护 层 第 144 页

176 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 4. 校 正 板 玻 璃 的 选 择 制 造 校 正 板 用 没 有 条 纹 的 平 行 平 板 玻 璃, 施 密 特 - 格 林 望 远 镜 中 的 校 正 板 是 用 BSC2 或 BKT 冕 牌 玻 璃 制 造 的 高 级 的 平 板 玻 璃, 例 如 Water-Wite 双 面 研 磨 和 抛 光 的 平 板 玻 璃 或 浮 法 ( 选 择 ) 玻 璃 均 可 以 采 用 从 赛 蒙 巴 克 公 司 (Semon Backe) 可 买 到 为 些 玻 璃 肖 特 UBK5 隘 口 氟 化 钙 是 重 要 的 透 射 紫 外 线 的 材 料 校 正 孔 径 比 设 计 的 孔 径 至 少 大 1in, 以 便 于 光 学 加 工 较 大 尺 寸 的 校 正 板 宜 用 透 镜 夹 具 夹 持 孔 径 6in 的 校 正 板 厚 度 为 1/4 ; 而 孔 径 12in 的 校 正 板 厚 度 为 1/8~ 1/12in 但 是 对 前 者 使 用 较 厚 的 玻 璃 可 能 更 好 些, 因 为 可 以 避 免 由 于 校 正 板 的 变 形 而 引 起 象 散 但 两 者 的 修 正 过 程 或 望 远 镜 特 性 并 无 显 著 的 差 别 从 一 块 平 板 玻 璃 上 至 少 要 切 割 两 块 圆 片 玻 璃 假 如 从 肖 特. 康 宁 (Crnig) 鲍 许 隆 及 其 经 营 商 那 里 买 来 的 玻 璃, 则 质 量 一 般 是 可 以 保 证 的 应 将 每 一 块 玻 璃 面 与 完 工 后 的 镀 铝 球 面 主 镜 组 合 起 来 进 行 刀 口 质 量 检 验, 可 用 刀 口 仪 或 罗 契 测 量 玻 璃 的 条 纹 级 别 或 折 射 率 的 不 均 匀 性 大 量 条 纹 聚 集 在 一 起, 就 象 水 从 水 龙 头 里 流 出 来 时 形 成 象 木 纹 一 样 的 纹 路 用 上 述 方 法 测 试 时, 折 射 率 的 不 均 匀 性 产 生 暗 条 纹 ( 象 射 击 枪 靶 似 的 条 纹 ) 玻 璃 或 光 学 石 英 一 旦 出 现 暗 条 纹 就 应 放 弃 不 用 然 而, 若 条 纹 充 满 孔 径 并 与 中 心 对 称, 则 这 块 玻 璃 仍 然 可 用 合 格 玻 璃 的 正 中 通 常 有 一 个 环, 而 且 整 个 孔 径 上 还 有 三 个 间 隔 相 当 均 匀 的 环 从 一 块 大 的 玻 璃 上 切 下 一 块 玻 璃 检 验 时, 有 时 会 出 现 不 对 称 的 彩 色 阴 影, 并 显 示 出 象 散 的 存 在 但 是 折 射 率 的 微 小 变 化 不 会 引 起 修 整 的 困 难, 所 以 可 以 不 必 考 虑 它 对 于 玻 璃 圆 盘 或 玻 璃 块 的 微 小 折 射 不 均 匀 性 的 更 进 一 步 的 检 验 方 法 参 见 第 五 章 5. 校 正 板 的 初 步 加 工 因 为 校 正 板 与 一 块 理 想 的 平 行 平 板 的 偏 离 最 多 大 约 为 6 个 波 长, 所 以 可 以 用 一 块 好 的 平 板 玻 璃 直 接 抛 修 而 成 然 而, 实 际 上 在 抛 修 过 程 中 可 能 还 要 做 许 多 工 作 首 先 使 两 个 表 面 平 行 沿 着 边 缘 检 验 许 多 点 的 楔 度 或 厚 度 的 变 化 不 应.002in 如 果 不 符 合 要 求, 必 须 用 225 号 金 刚 砂 磨 一 面 或 两 面 使 达 到 规 定 的 公 差 之 内 然 后 用 细 的 碳 化 硅 金 刚 砂 沿 周 边 倒 角 若 倒 角 太 小 或 者 工 人 用 过 量 的 抛 光 及 聚 集 于 边 缘 的 抛 光 沥 青 胶 以 及 加 工 时 掉 在 抛 光 模 上 的 玻 璃 屑 都 会 使 光 学 表 面 产 生 道 子 与 划 痕 当 玻 璃 圆 盘 的 楔 角 小 于 in 时 才 能 装 在 平 铝 模 上 并 应 在 中 间 垫 一 张 同 样 大 小 的 描 图 纸 ( 制 图 纸 ) 或 橡 皮 垫 圆 盘 与 模 子 四 周 用 两 层 胶 带 纸 固 紧, 然 后 开 始 加 工 直 径 6.5in, 厚 度 小 到 0.25in 的 校 正 板 6. 抛 光 机 制 造 校 正 板 有 许 多 种 光 学 加 工 方 法, 对 有 经 验 的 工 人 来 说 方 法 更 多 图 23.4 所 示 为 以 传 统 的 操 作 方 法 用 细 磨 抛 光 机 制 造 校 正 板, 而 业 余 望 远 镜 制 造 者 则 不 得 不 把 钻 床 当 作 抛 光 机 来 使 用 J.H. 候 德 尔 (Hindle) 在 业 余 望 远 镜 ( 第 一 册 ) 中 的 P.218~220 和 P234~240 中 叙 述 了 抛 光 机 的 制 造 方 法 为 使 钻 床 转 速 降 到 100r/min, 可 另 加 一 个 宝 塔 轮 或 装 一 个 变 速 器, 甚 至 如 P239( 左 ) 所 示 用 一 个 小 的 槓 杆 式 机 构 (P236) 也 可 以 抛 修 主 镜 当 然, 工 人 们 会 发 现 改 装 旋 转 底 座 或 用 P219 图 上 的 不 常 用 的 钻 床 部 件 是 比 较 困 难 的 为 此 可 在 钻 床 工 作 台 中 心 钻 0.5in 的 轴 孔, 使 黄 铜 心 轴 能 自 由 地 旋 转, 它 的 另 一 端 与 校 正 板 或 沥 青 抛 光 模 的 中 心 图 23.4 研 磨 抛 光 时 用 滑 臂 调 整 孔 能 自 由 地 配 合 在 正 常 的 抛 光 过 程 中, 底 轴 上 的 镜 偏 心 距 的 钻 压 方 法 盘 可 以 自 转 如 在 钻 床 工 作 台 面 上 加 些 润 滑 油, 底 座 的 轴 孔 里 装 入 滚 珠 轴 承 则 能 使 镜 盘 转 动 更 为 灵 活 第 145 页

177 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 图 23.4 表 示 一 种 简 单 的 可 调 的 偏 心 臂 的 示 意 图 偏 心 臂 抛 光 模 在 工 件 上 作 偏 心 摆 动 而 修 正 表 面 的 不 同 带 区 花 一 些 时 间 用 这 种 方 法 改 装 钻 床 是 值 得 的 当 然 也 同 样 可 以 改 造 铣 床 7. 罗 契 检 验 法 用 平 行 光 检 验 望 远 镜 系 统 有 如 下 三 种 方 法 : 1. 用 自 准 直 平 面 ( 面 形 质 量 为 1/10 条 纹 ); 2. 用 油 槽 表 面 反 射 ; 3. 用 远 距 离 钠 灯 或 水 银 路 灯 因 为 所 有 的 罗 契 图 都 是 对 称 的, 各 象 限 上 得 到 的 判 读 结 果 是 一 致 的, 所 以 只 要 对 准 其 中 心 与 边 缘 的 1/4 就 可 以 了 R.W. 吐 司 尔 (Tuthill) 和 其 他 人 已 经 使 用 重 油 的 油 反 射 槽 这 就 是 天 空 与 望 远 镜 (1964.3)P184 所 述 的 情 况 该 书 P.343 的 油 槽 装 置 图 与 P341 的 焦 内 罗 契 图 ( 校 正 不 足 ) 值 得 一 阅, 请 注 意 用 物 镜 检 验 施 密 特 机 的 图 形 显 然, 大 型 牛 顿 式 望 远 镜 可 以 构 成 一 台 平 行 光 管 杰 夫 (Jeff) 斯 克 罗 德 ( 见 附 录 15) 与 其 他 一 些 人 用 了 相 隔 一 定 距 离 的 单 色 路 灯 来 作 为 检 验 用 的 平 行 光 管, 当 然, 这 时 大 气 是 一 个 影 响 检 验 结 果 的 因 素 主 镜 镀 铝 并 将 它 近 似 地 安 置 在 表 23.1 所 给 定 的 距 校 正 板 一 定 距 离 处, 副 镜 也 镀 铝 并 用 双 层 胶 带 纸 固 定 在 校 正 板 上, 再 用 几 根 0.25in 的 方 钢 围 住 边 缘 在 自 准 直 检 验 装 置 中 用 光 学 法 对 准 这 些 零 件 时, 应 用 碳 化 钨 质 合 金 尖 刻 刀 在 校 正 板 和 副 镜 的 中 心 刻 划 主 永 久 性 的 刻 痕, 以 便 于 修 整 图 23.5 用 于 检 验 施 密 特 - 格 林 系 统 的 自 准 直 装 置, 校 正 板 时 易 于 复 位 ( 见 图 23.5) 光 学 平 面 也 被 出 ( 见 书 中 其 它 的 测 试 方 法 ) 通 过 主 镜 上 的 小 孔 观 察 检 验 的 图 形 光 源 处 于 主 镜 后 一 段 适 当 的 距 离, 前 后 移 动 次 镜 与 校 正 板, 使 光 源 照 明 次 镜 全 口 径 用 星 光 反 射 镜 观 察 天 顶 时 这 段 距 离 近 似 等 于 主 镜 孔 径 的 9/10 使 用 油 平 面 或 远 距 离 的 路 灯 时, 罗 契 光 栅 的 检 验 图 形 比 傅 科 刀 口 检 验 图 形 更 容 易 判 读 但 是 刀 口 检 验 适 合 于 检 验 完 工 表 面 的 局 部 误 差 ( 需 要 用 强 光 源 ) 用 平 行 光 对 折 射 元 件 ( 校 正 板 ) 和 反 射 元 件 作 了 焦 内 焦 外 的 罗 契 测 试, 测 试 结 果 的 9 个 基 本 图 形 如 图 A14.2 所 示 图 中 不 考 虑 抛 修 过 程 中 的 经 常 观 察 到 的 高 或 低 的 区 域 ( 阶 梯 带 差 ) 中 间 的 高 带 差 和 其 他 的 局 部 变 化 ( 玻 璃 的 不 均 匀 性 ) 检 验 反 射 元 件 时, 则 这 些 罗 契 测 图 完 全 颠 倒 过 来, 如 图 A14.2 所 示 一 种 特 殊 的 情 况 是 用 自 准 直 法 检 验 理 想 的 折 射 透 镜 或 一 块 凹 面 反 射 镜 在 其 曲 率 中 心 处 的 检 验 ( 本 身 自 准 直 型 ), 这 时 焦 内 和 焦 外 出 现 等 距 离 平 行 线 的 零 位 图 形 图 A14.1 表 示 了 焦 点 图 形 由 图 A14.2 中 可 以 找 到 用 平 行 线 表 示 的 截 面 和 折 射 表 面 的 焦 内 罗 契 图 8. 校 正 板 的 修 磨 成 形 分 隔 一 定 距 离 的 具 有 相 等 曲 率 半 径 的 主 镜 与 次 镜 组 成 的 光 学 系 统 有 1.72 倍 放 大 率 图 23.6 所 示 为 用 一 块 平 面 与 两 块 镀 膜 反 射 镜 构 成 的 自 准 直 装 置 如 果 刀 口 处 放 上 狭 缝 光 源, 而 罗 契 光 栅 放 在 照 明 狭 缝 上 用 以 扩 大 人 眼 的 视 域, 则 两 种 方 法 均 可 用 光 学 检 验 ( 见 图 28.3) 校 正 不 足 的 扁 球 图 23.6 用 曲 率 半 径 的 两 块 主 镜 与 副 镜 图 形 ( 枕 形 ) 如 图 A14.2 所 示, 经 两 块 反 射 镜, 将 以 一 定 的 间 距 组 成 一 架 自 准 装 置 图 A14.2 旋 转 判 读 其 焦 内 罗 契 图 图 A14.2 第 146 页

178 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 的 竖 直 位 置 是 校 正 不 足 的 倒 置 罗 契 图 ( 桶 形 ) 注 意, 反 射 系 统 的 光 学 检 验 用 45 0 斜 线 表 示, 折 射 光 学 系 统 的 光 学 检 验 用 平 行 线 表 示 问 题 : 如 果 凸 的 次 镜 装 在 平 行 平 面 上 或 接 近 平 行 平 面, 在 图 23.7 上 将 观 察 到 怎 样 的 罗 契 图 形 呢? 回 答 : 仍 然 是 校 正 不 足 的 扁 球 形 注 意 : 一 部 分 图 由 原 书 图 23.6 移 入 图 23.7 图 中 的 光 学 系 统 原 文 误 画 在 图 23.6 中 - 译 者 注 检 验 折 射 元 件 时 也 与 此 一 致 表 面 中 的 一 个 为 大 于 4 个 波 长 的 非 球 面 时, 才 可 以 观 察 到 折 射 检 验 图 形 平 行 平 面 元 件 不 会 使 自 准 直 入 射 光 速 发 生 变 化 若 放 入 未 修 整 过 的 平 行 平 面, 则 在 自 准 直 检 验 中 观 察 到 的 第 一 个 罗 契 图 为 一 个 扁 球 形 这 时 校 正 板 的 两 个 面 应 修 磨 成 平 行 而 光 滑 的 抛 光 面, 并 且 开 始 时 每 图 23.7 类 似 于 图 23.6 所 示 的 形 式, 个 面 应 高 6~10 个 光 圈, 因 为 修 改 高 光 圈 比 较 容 易 差 别 在 于 次 镜 装 在 平 行 平 板 上 为 了 对 校 正 板 的 两 面 进 行 一 定 的 校 正 而 又 消 除 象 散 差, 可 以 将 表 面 加 工 成 平 面 若 平 行 平 面 元 件 的 一 面 是 凸 的, 则 另 一 面 通 常 是 凹 的, 以 使 光 焦 度 近 似 为 零, 但 是 即 使 校 正 板 有 一 些 光 焦 度 也 无 有 害 的 影 响 用 如 图 23.8 所 示 的 玫 瑰 叶 花 瓣 抛 光 模 抛 光 凹 面 15~20min, 可 消 除 象 散 和 不 规 则 的 锐 带 差, 然 后 在 这 个 面 上 作 上 记 号, 以 免 再 抛 光 这 个 面 用 如 图 2.27 所 示 的 传 统 抛 光 机, 将 偏 心 臂 调 整 到 5in 左 右, 转 速 接 近 10r/min, 主 轴 转 速 125r/min, 用 手 以 5 ~10r/min 的 速 度 旋 转 底 模 和 校 正 板, 就 能 消 除 表 面 上 的 象 散, 但 在 一 半 以 上 的 工 作 时 间 内 抛 光 模 必 须 稳 定 钻 床 用 0.25in 的 偏 心 量 可 以 达 到 这 个 要 求 最 后 修 第 二 面 时 可 能 会 出 现 一 定 的 象 散 它 是 由 于 校 正 板 夹 具 的 旋 转 不 合 适 或 玻 璃 板 太 薄 所 引 起 的 若 象 散 微 量 的, 则 很 难 用 罗 契 法 或 刀 口 检 验 法 检 验 出 来 在 所 讨 论 的 光 学 系 统 中, 校 正 板 的 中 间 带 ( 光 线 通 过 中 间 带 不 产 生 偏 折 ) 应 该 为 0.86 带 (10in 的 校 正 板, 中 间 带 是 4.3in 的 带 区 ) 因 为 中 间 带 需 除 去 的 玻 璃 量 最 大, 所 以 在 抛 光 模 上 对 应 该 环 带 的 沥 青 面 积 为 最 大, 如 图 23.8ZO1 所 示, 为 抛 光 模 玫 瑰 叶 花 瓣 状 这 种 抛 光 模 可 用 类 似 于 Zobal Soft 的 软 沥 青 胶 来 制 造, 将 一 张 硬 纸 剪 成 玫 瑰 叶 花 瓣 形 状, 然 后 放 在 平 滑 的 沥 青 圆 盘 上, 用 日 用 胡 须 刀 刮 去 图 上 空 白 处 的 沥 青 0.86 带 的 深 度 与 f/15 格 林 高 里 (Gregory)- 马 克 苏 多 夫 的 主 镜 一 样 玫 瑰 叶 花 瓣 形 沥 青 抛 光 模 的 的 应 用 正 如 瓦 瑞. 弗 尔 莫 雷 (Warren Fillmore) 在 其 文 集 马 克 苏 多 夫 望 远 镜 制 造 一 书 中 所 述 图 NO.2 和 NO.3 的 抛 光 模 与 NO.1 抛 光 模 的 制 造 方 法 类 似, 但 是 NO.3 和 NO.1 抛 光 模 的 设 计 与 加 工 作 用 是 相 反 的, 所 有 抛 光 模 必 须 用 塑 料 网 图 23.8 光 学 法 修 磨 校 正 板 或 格 压 制 出 小 方 格 副 镜 时 所 用 的 抛 光 模 面 形 用 图 23.8 NO.1 抛 光 模 开 始 修 校 正 板 时 加 入 湿 的 抛 光 粉 ( 氧 化 铈 或 Barnite) 如 图 23.4 所 示 将 偏 心 臂 调 整 到 约 为 0.25in 的 小 偏 心 量, 钻 床 可 以 暂 时 不 用 辅 助 塔 轮 降 速, 而 用 最 慢 的 主 轴 第 147 页

179 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 转 速 在 钻 床 的 下 压 手 柄 上 卦 2b 的 重 块, 以 润 滑 钻 床 台 板 上 的 旋 转 轴 并 使 抛 光 模 保 持 湿 的 状 态 如 果 抛 光 时, 玻 璃 夹 具 的 转 速 小 于 12/min, 则 应 用 手 工 转 动 很 明 显, 用 普 通 的 抛 光 机 易 于 实 现 这 些 调 整 要 求 第 一 次 用 自 准 直 法 检 验 前, 抛 光 时 间 不 应 20 超 过 min 经 过 几 个 抛 光 循 环 之 后, 罗 契 图 可 能 仍 然 如 图 A14.2 第 一 象 限 所 示 的 图 形, 即 为 原 有 的 校 正 不 足 枕 形 图 然 后 也 可 能 变 成 具 有 阶 梯 状 或 大 的 塌 边 中 的 一 种 面 形 这 是 由 于 抛 光 模 还 没 有 修 到 边 缘 之 故, 所 以 要 继 续 抛 光 下 去 直 到 出 现 中 心 是 平 行 线 的 零 位 条 纹 而 边 缘 是 塌 边 的 罗 契 图 为 止 任 何 修 整 过 的 零 件 都 可 能 出 现 称 作 为 阶 梯 的 带 差 这 时 可 将 偏 心 臂 的 偏 心 量 几 乎 调 整 到 零, 并 检 查 一 下 抛 光 模 压 制 的 小 方 格 是 否 仍 然 存 在, 然 后 再 继 续 抛 光 如 果 小 方 格 消 失 了 则 要 重 新 压 制 即 使 在 中 心 与 边 缘 带 区 出 现 某 些 轻 度 的 过 校 正 ( 桶 形 ), 还 必 须 在 这 个 位 置 上 继 续 抛 光 下 去, 然 后 再 用 图 23.9 NO.3 备 用 抛 光 模 抛 修 表 面, 直 到 完 全 达 到 零 位 图 形 为 止 调 整 偏 心 臂 和 动 程 长 度 可 对 高 带 进 行 特 别 的 修 磨 而 控 制 面 形 若 低 速 旋 转 校 正 板 则 可 控 制 明 显 带 差 的 发 展 制 作 校 正 板 时 工 件 跟 着 抛 光 模 而 变, 所 以 保 持 抛 光 模 模 面 的 精 确 形 状 是 很 重 要 的 必 须 经 常 修 整 图 NO.1 和 NO.3 沥 青 抛 光 模 并 使 压 制 的 小 方 格 一 直 存 在, 以 使 抛 光 时 有 良 好 的 接 触 在 软 的 不 开 槽 的 中 心 挖 图 23.9 制 造 沥 青 抛 光 模 时, 折 叠 一 个 允 许 沥 青 流 人 多.0.5in 小 孔 的 整 体 形 抛 光 模 来 抛 光 与 切 割 图 案 形 状 的 图 样 中 间 的 明 显 带 差, 可 使 面 形 光 滑 当 校 正 工 作 接 近 完 成 时 应 用 切 割 图 样 的 抛 光 模 作 型 面 抛 光 法 ( 见 附 录 14) 抛 光 过 程 中 应 作 详 细 的 工 作 记 录 并 终 结 经 验 详 细 叙 述 可 能 出 现 的 图 样 以 及 修 正 它 们 的 方 法 是 太 繁 琐 了 因 为 玫 瑰 叶 花 瓣 的 抛 光 模 用 于 减 少 边 缘 部 分 的 接 触, 所 以 是 一 项 困 难 的 工 作, 即 使 对 有 经 验 的 抛 光 工 人 来 说, 在 取 得 最 后 成 功 以 前 可 能 还 在 修 整 整 个 面 形 9. 验 时 的 注 意 点 如 果 用 精 密 的 线 条 宽 度 为 0.003in 的 罗 契 板, 则 罗 契 检 验 形 成 的 象 与 刀 口 检 验 所 形 成 的 象 一 样 地 满 意 当 然 与 用 5milt 的 钠 光 灯 一 样, 油 平 面 限 制 了 光 栅 的 星 点 检 验 是 一 种 好 的 最 后 检 验 法 用 最 细 的 栅 线 所 观 察 到 的 情 况 与 亮 的 星 点 一 样, 罗 契 图 与 这 里 所 述 的 情 况 也 完 全 相 同, 其 判 读 方 法 也 一 样 如 果 气 流 不 稳 定, 可 以 用 单 根 的 罗 契 线 切 割 全 孔 径 而 得 到 傅 科 检 验 的 读 数 顺 便 提 醒 一 下 : 物 镜 抛 物 镜 或 任 何 望 远 镜 系 统 由 准 直 装 置 准 直 管 或 星 点 作 为 光 源, 用 平 行 光 检 验 时 中 心 区 产 生 的 九 种 罗 契 图 对 反 射 零 件 或 折 射 零 件 的 差 别 是 必 须 翻 转 图 A14.1 和 图 A 正 板 和 次 镜 的 安 装 如 图 23.2 所 示 用 环 氧 胶 胶 成 的 软 木 缓 冲 器 连 接 次 镜 与 校 正 板 当 然 这 时 要 求 校 正 板 有 一 个 可 调 镜 座, 使 副 镜 在 光 学 系 统 中 可 以 精 确 对 准 如 果 倾 斜 不 太 大, 则 调 节 校 正 板, 并 不 影 响 星 点 象, 但 使 放 大 率 变 化 有 些 设 计 者 可 能 更 希 望 将 次 镜 装 在 校 正 板 的 孔 里, 以 碳 化 硅 作 为 磨 料 用 自 制 工 具 套 出 校 正 板 上 的 孔 但 玻 璃 板 两 边 一 定 要 胶 上 窗 玻 璃, 以 保 护 已 完 工 的 表 面 孔 的 大 小 至 少 应 该 为 反 射 第 148 页

180 第 二 十 三 章 施 密 特 - 卡 塞 格 林 平 场 光 学 系 统 镜 夹 具 及 其 调 节 螺 丝 直 径 的 2/3 组 件 与 校 正 板 接 触 处 应 垫 上 两 只 O 型 橡 皮 圈 11. 非 球 面 反 射 镜 的 施 密 特 格 林 系 统 透 镜 系 统 有 初 级 象 散 时 使 理 想 象 平 面 上 的 轴 外 象 模 糊, 制 造 一 块 或 两 块 稍 带 椭 圆 或 扁 球 的 球 面 可 以 消 除 这 种 象 散 总 之,F/12 系 统 中 两 个 二 次 曲 面 上 的 微 量 差 别 是 允 许 的 第 二 章 开 始 时 所 提 到 的 几 种 二 次 曲 面 可 以 用 来 消 除 大 部 分 象 散, 以 改 善 轴 外 象 质 采 用 校 正 一 条 条 纹 的 校 正 板 是 一 个 解 决 问 题 的 办 法 校 正 板 的 罗 契 图 的 形 状 如 图 A14.2 所 示 ( 桶 形 ) 再 用 一 个 小 的 玫 瑰 叶 花 瓣 抛 光 模 修 磨 副 镜, 使 系 统 在 直 准 直 检 验 中 获 得 零 位 状 态 这 就 是 说 必 须 在 副 镜 上 修 磨 出 非 球 面 另 一 个 解 决 的 办 法 是 将 主 镜 与 次 镜 都 修 磨 成 扁 球 形 主 镜 修 磨 成 扁 球 形 以 后, 在 其 曲 率 中 心 处 检 验, 如 图 A14.2 中 1 所 示 接 下 去 是 将 校 正 板 稍 许 过 校 正, 然 后 再 校 正 次 镜 当 然, 要 正 确 的 做 好 这 项 工 作 用 直 准 直 法 测 试 时, 反 射 镜 必 须 镀 银 ( 见 附 录 7) 12. 论 总 之, 系 统 的 光 学 修 磨 质 量 常 取 决 于 设 计 的 好 坏 例 如 操 作 者 在 抛 光 时, 经 常 使 抛 物 面 的 中 心 区 非 球 面 化, 例 如 首 先 用 玫 瑰 花 瓣 抛 光 模 将 施 密 特 格 林 校 正 板 多 0.86 带 抛 低 到 稍 许 过 校 正, 然 后 再 修 磨 副 镜 更 有 趣 的 是 任 何 一 个 主 要 光 学 件 引 入 检 测 光 路, 总 可 以 在 焦 平 面 评 价 其 质 量, 并 可 以 修 磨 光 学 表 面, 提 高 质 量 一 个 小 的 表 面 往 往 可 以 有 高 的 放 大 率 及 偏 心 率 ( 如 贝 克 系 统 中 的 三 级 镜 和 次 镜 ) 又 如 在 马 克 苏 多 夫 望 远 镜 系 统 中, 光 学 修 磨 时 主 镜 去 除 的 玻 璃 量 最 少, 而 校 正 板 的 修 磨 量 则 增 大 四 倍 要 使 设 计 的 透 镜 系 统 具 有 最 佳 的 特 性, 设 计 者 必 须 告 诉 光 学 技 工 在 加 工 中 应 修 磨 哪 几 个 表 面, 以 达 到 最 佳 校 正 参 考 文 献 : De vany. A. S. A Schmidt-Cassegrain Telescope with a Flat Field, Appl. Opt, 4, 1353(1965). De Vany, A. S. A Schmidt-Cassegrain Optical System with a Flat Field, Sky and Telescope, 29, May and June De Vany, A. S. A Schmidt-Cassegrain Telescope with a Flat Field ll. Appl. Opt, 6, 976(1967). De Vany, A.S. Optically Figuring a Schmidt-Cassegrain System, Appl. Opt, 18,(1979). Slevoght, H.Z. lnstrumentenkd., 62, 191 (1942). Willey, R. R. Sky and Telescope, 23, 191 (1962). 第 149 页

181 第 二 十 四 章 用 非 球 面 物 镜 的 平 面 干 涉 仪 第 二 十 四 章 用 非 球 面 物 镜 的 平 面 干 涉 仪 菲 索 平 面 干 涉 仪 可 以 检 验 平 面 平 行 度 材 料 均 匀 性, 球 面 样 板 以 及 在 镜 组 中 在 反 射 平 面 等 如 果 参 考 面 上 镀 铝 或 硫 化 锌, 也 可 以 检 验 抛 光 的 金 属 表 面 因 为 参 考 平 面 与 被 验 光 学 表 面 大 约 相 距 1cm, 所 以 检 验 时, 在 棱 镜 上 或 其 它 表 面 上 均 不 会 引 起 麻 点 与 划 痕 一 种 典 型 的 设 计 方 案 是 用 一 块 平 凹 透 镜, 其 平 面 作 为 参 考 平 面, 而 凸 面 是 双 曲 面 形 状 本 章 未 将 讨 论 这 种 非 球 面 透 镜 的 制 造 针 孔 光 源 必 须 具 有 平 面 干 涉 仪 所 指 定 的 光 源 波 长 用 汞 灯 作 光 源 ( 簧 片 管 型 ) 可 以 使 两 个 光 学 平 面 相 距 大 约 1.5cm 时, 而 不 使 条 纹 的 对 比 度 下 降 如 果 使 用 小 功 率 的 激 光 光 源 (0.3 mv), 就 可 以 检 测 间 隔 更 大 的 光 学 表 面 一 般 地 说, 被 验 平 面 与 参 考 考 面 可 以 分 开 75mm, 并 将 所 形 成 的 条 纹 投 影 到 毛 玻 璃 上 对 于 任 何 尺 寸 f/6.0 型 平 面 干 涉 仪 ( 图 24.1), 可 以 用 VLF 玻 璃 或 精 选 过 的 维 特 (Cer Vit) 玻 璃 和 派 勒 克 斯 玻 璃 作 透 镜 材 料 另 一 种 设 计 方 案 是 用 一 块 对 指 定 的 单 色 光 源 ( 一 般 为 汞 灯 ) 消 色 差 的 双 胶 合 透 镜 和 一 个 契 形 平 面 (10 ) 契 形 平 面 具 有 优 于 1/16 条 纹 的 优 质 参 考 面, 契 角 是 使 非 参 考 平 面 的 针 孔 反 射 象 偏 离 于 视 场 之 外 不 管 用 那 种 方 案 的 平 面 干 涉 仪, 均 采 用 一 块 或 两 快 镀 铝 的 转 折 光 路 的 平 面 反 射 镜 使 结 构 紧 凑 用 大 视 场 的 广 角 目 镜 有 利 于 找 到 形 成 干 涉 图 的 两 个 象 的 位 置, 并 使 之 重 叠 用 激 光 照 明 的 针 孔 光 源, 一 定 要 在 出 瞳 位 置 放 一 块 具 有 足 够 密 度 的 中 性 滤 色 片 在 车 床 要 使 装 配 好 的 组 件 具 有 在 垂 直 于 光 轴 方 向 能 移 动 的 可 能 性, 并 具 有 一 个 满 足 运 动 要 求 的 倾 斜 工 作 台 的 装 置, 作 图 24.1 两 种 结 构 紧 凑 的 平 面 为 调 整 干 涉 图 对 比 度 的 精 密 调 整 机 构 干 涉 仪 的 设 计 1. 平 面 干 涉 仪 的 使 用 平 面 干 涉 仪 在 光 学 车 间 中 有 许 多 用 途, 并 且 制 造 成 本 较 低 它 可 以 用 来 检 验 玻 璃 及 契 形 件 的 平 行 度 平 板 及 棱 镜 的 平 面 质 量 以 及 玻 璃 的 光 学 均 匀 性 时 常 用 佩 里 和 泰 曼 法 检 验 样 板 的 球 面 度 ( 见 第 十 五 章 ) 以 及 检 验 光 学 仪 器 中 的 平 面 反 射 镜 及 窗 如 果 检 验 平 面 口 径 的 一 半 镀 上 氧 化 钛, 使 两 个 半 部 都 得 到 充 分 地 利 用 也 可 以 检 验 镀 膜 的 窗 玻 璃 和 平 面 的 对 比 度 测 量 干 涉 距 离 长 的 平 面 元 件, 必 须 用 激 光 照 明 但 是 大 多 数 的 检 验 用 汞 灯 作 光 源 已 很 好 用 45 0 反 射 镜 可 以 检 验 用 金 属 夹 具 或 用 粘 合 剂 固 紧 的 光 学 部 件 许 多 昂 贵 的 牛 顿 式 望 远 镜 就 是 在 这 种 检 验 中 确 定 报 废 的 安 装 平 板 的 较 好 方 法 之 一 是 在 金 属 夹 具 上 开 三 个 小 的 球 形 支 承 槽 然 后 用 PRV 或 柔 韧 的 粘 合 剂 将 球 固 定 在 玻 璃 上, 并 擦 拭 每 个 凹 槽 孔, 将 带 球 的 平 板 放 上 众 所 周 知, 圆 形 零 件 的 重 心 字 环 带 上 不 能 用 PRV 或 其 它 柔 韧 的 粘 合 剂 将 整 个 元 件 粘 合 到 金 属 夹 具 上, 因 为, 这 种 粘 合 剂 会 使 光 学 表 面 翘 边 2. 平 凸 非 球 面 透 镜 的 制 造 非 球 面 透 镜 用 玻 璃 ( 包 括 再 退 火 的 派 勒 克 斯 玻 璃 VLF 石 英 或 饰 维 特 玻 璃 ) 制 造 透 镜 材 料 应 仔 细 挑 选, 不 应 有 严 重 的 条 纹 丝 纹 结 石 或 气 泡 存 在 轻 微 的 条 纹 丝 纹 害 处 不 大, 是 允 许 的 用 薄 透 镜 计 算 公 式 算 出 f/ 6 透 镜 的 焦 距 ( 见 图 24.2) 一 块 直 径 4in, 焦 距 24in 的 透 镜, 其 曲 率 半 径 大 约 是 12in, 且 应 考 虑 到 圆 周 边 缘 要 有 足 够 的 厚 度, 以 便 于 加 工 如 果 太 薄, 将 使 第 150 页

182 第 二 十 四 章 用 非 球 面 物 镜 的 平 面 干 涉 仪 修 整 非 球 面 面 形 时 发 生 困 难 可 以 使 用 传 统 的 方 法 成 型 平 凸 透 镜 的 表 面 然 后 用 320 号 碳 化 硅 研 磨, 再 用 225 号 145 号 95 号 氧 化 铝 细 磨 表 面 应 预 先 抛 光 到 70%, 然 后 再 把 平 面 抛 光 到 游 于 1/16 光 圈 帕 蒂 特 提 出 了 一 个 通 过 抛 光 平 凸 透 镜 来 消 除 环 带 球 差 的 公 式, 即 Δx = d/R 3 (24 1) 式 中 d 是 透 镜 的 直 径 ;R 是 透 镜 的 曲 率 半 径 图 24.2 平 面 干 涉 仪 中 非 球 面 透 镜 的 设 计 以 d = 4in; R 3 = 1728in 代 人 Δx = / 1728= in 或 1.3 入 如 图 24.3 所 示, 有 两 种 类 型 的 沥 青 抛 光 模 用 成 型 抛 光 模, 按 拖 动 抛 光 法 来 抛 光 凸 透 镜 的 非 球 面 为 防 止 抛 光 模 自 转, 只 要 在 的 三 个 钩 子 中 的 一 个 钩 子 系 上 绳 子, 以 0.25in 的 少 了 量 偏 心 作 摆 动 并 用 2eb 压 力 压 下 顶 针 几 个 小 时 后 将 抛 光 透 镜 放 入 图 24.4 中 所 示 的 两 个 光 学 装 置 中 的 任 一 个 进 行 检 验 上 图 类 似 于 诺 曼 检 验 罗 契 检 验 仪 中 有 一 图 24.3 修 磨 平 凸 透 镜 的 非 球 面 的 只 簧 片 汞 灯 光 源 及 绿 色 滤 光 片 下 图 是 用 来 检 验 正 沥 青 抛 光 模 形 状 在 抛 修 的 平 凸 透 镜, 红 色 激 光 通 过 小 球 可 扩 束, 经 抛 物 面 反 射 镜 形 成 平 行 光 束 平 凸 透 镜 是 根 据 激 光 照 明 的 平 面 干 涉 仪 的 要 求 设 计 的 图 24.5 就 是 该 透 镜 的 干 涉 图 图 24.4 检 验 非 球 面 透 镜 的 两 种 图 cm 大 型 平 面 干 涉 仪 的 透 镜 光 学 装 置 干 涉 图 照 片 在 拖 动 抛 光 时, 必 须 保 持 抛 光 模 原 来 的 切 割 的 轮 廓 形 状 如 果 沥 青 胶 流 入 原 先 刮 去 胶 的 区 域, 则 应 立 即 用 车 间 刮 刀 将 其 除 去 用 拖 动 抛 光 一 直 抛 到 观 察 到 明 显 的 校 正 为 止, 然 后 再 用 传 统 的 抛 光 方 法 抛 光 用 附 录 14 所 介 绍 的 方 法 来 制 造 各 种 轮 廓 形 状 的 抛 光 模, 以 满 足 获 得 零 位 图 第 151 页

183 第 二 十 四 章 用 非 球 面 物 镜 的 平 面 干 涉 仪 的 要 求 图 A14.2 为 罗 契 检 验 图, 图 A14.1 是 焦 面 干 涉 图 或 刀 口 检 验 图 3. 结 论 由 于 平 面 干 涉 仪 是 非 接 触 检 验, 因 而 平 面 及 棱 镜 的 光 学 平 面 不 会 引 起 划 痕 和 麻 点 平 面 干 涉 仪 的 另 一 个 用 途 是 用 光 胶 板 复 制 棱 镜, 并 用 干 涉 法 检 测 ( 如 第 九 章 所 述 ) 参 考 文 献 De Vany.A.S Reduplication of a Prism Angle Using Master Angle Prisms and A Plano-lnterferometer,Appt.Opt.10,1371(1970) Pettit.E. Tnterference Polarizng Momochromator, in Amateur Telescope Making, Book Three,A.G.lngalls,Ed.Sci Am (1953) 第 152 页

184 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 第 四 篇 光 学 检 验 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 万 能 检 验 仪 的 造 价 很 低 如 果 不 用 万 能 检 验 仪, 也 可 以 用 一 台 常 规 显 微 镜 ( 筒 长 160mm) 来 临 时 代 替 但 是 显 微 镜 的 筒 长 限 制 了 物 镜 与 目 镜 的 参 数 显 微 镜 校 正 了 球 差 和 其 它 象 差 时, 筒 长 就 不 能 任 意 变 化 Optics and Optical Instruments (Dover,New York) 的 作 者 B.K. 约 翰 逊 所 述 仪 器 与 其 类 似 因 为 薄 平 板 分 束 器 产 生 多 重 象, 使 该 仪 器 的 应 用 并 不 广 泛, 但 是 45:45 透 反 膜 的 优 质 薄 型 塑 料 片 的 出 现, 使 仪 器 具 有 共 轴 成 象 检 测 的 多 种 功 能 1. 仪 器 的 制 造 人 们 希 望 制 造 这 样 一 台 检 测 仪 : 薄 片 固 定 在 一 个 特 殊 的 插 筒 座 上, 插 筒 壁 很 薄, 插 口 截 成 45 0 斜 面, 并 用 铸 铁 磨 模 干 磨 45 0 斜 面 后 抛 成 优 于 一 个 波 长 的 平 面 在 45 0 斜 面 的 四 周 必 须 有 1mm 的 倒 角, 使 薄 片 固 定 在 镜 筒 之 上 ( 见 图 25.1) 镜 筒 镀 以 黑 镍 并 且 除 去 膜 层 在 带 薄 片 的 镜 筒 上 制 造 一 个 小 的 带 顶 罩 的 滑 动 套 筒, 以 防 移 动 过 程 中 损 坏 塑 料 薄 片 镜 筒 顶 端 开 缘 故 0.625in 的 小 孔, 防 止 组 件 滑 动 时 因 压 缩 空 气 使 薄 片 遭 到 破 坏 因 为 在 装 配 过 程 中 这 种 薄 片 必 须 是 可 以 调 整 的, 因 此 必 须 用 一 个 滑 动 接 头 使 显 微 镜 镜 筒 的 45 0 薄 片 可 以 轴 向 旋 转 调 节, 并 使 薄 片 的 安 装 及 其 在 运 输 过 程 中 的 保 护 罩 如 图 25.1 所 示 这 台 仪 器 由 四 个 通 用 部 件 组 成, 如 图 25.2 所 示 其 中 滑 动 部 件 A 包 括 一 个 0.05mm 的 小 孔, 及 照 明 小 孔 的 一 个 小 口 径 的 强 光 会 聚 系 统 及 锆 弧 光 源, 该 部 件 与 160mm 显 微 镜 a 中 b 筒 相 配 合 第 二 个 B 由 一 个 装 有 透 反 比 为 45:45 的 镀 铝 薄 片 的 滑 动 镜 筒 组 成 ( 部 件 由 一 个 带 测 量 十 字 线 图 25.1 检 测 仪 上 装 有 的 可 调 目 镜 组 成 这 三 个 部 件 放 在 显 微 镜 的 主 筒 镜 中, 处 于 仪 器 的 最 佳 45/45(R/T) 塑 料 薄 焦 点 上 回 转 式 夹 持 器 上 有 四 个 显 微 物 镜, 镜 座 中 有 水 平 方 向 垂 直 方 片 的 薄 片 筒 部 件 向 和 角 度 的 调 节 器, 完 整 地 构 成 了 这 台 仪 器 这 些 调 节 装 置 如 图 25.3 所 示 实 践 证 明 有 一 只 放 大 率 为 1 10 的 显 微 物 镜 和 一 组 最 大 放 大 率 为 1 10 的 三 只 物 镜 是 比 较 好 的 用 低 倍 放 大 率 可 以 确 定 反 射 象 位 置 图 25.3 几 个 方 向 调 整 的 万 能 检 测 仪 仪 器 使 用 前 必 须 作 如 下 调 整 : 1) 直 接 从 测 边 的 镜 筒 向 里 看, 确 定 镀 膜 片 是 否 把 整 个 物 体 反 射 进 来 ( 拿 掉 目 镜 与 物 镜 ) 旋 转 部 件 A, 使 观 察 物 体 获 得 最 佳 视 场 2) 过 1 80mm 物 镜 和 调 节 带 有 光 源 的 部 件 (A) 来 检 图 25.2 万 能 检 测 仪 四 个 部 件 的 设 计 查 针 孔 的 照 明 情 况, 直 到 视 场 上 出 现 明 亮 的 照 明 第 153 页

185 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 调 节 A 使 聚 光 系 统 将 弧 光 源 聚 焦 于 针 孔 上 3) 器 的 两 个 焦 点 必 须 位 于 同 一 平 面, 使 用 中 等 倍 率 的 5 物 镜 及 10 目 镜 来 观 察 仪 器 中 的 分 划 刻 线 针 孔 的 投 影 象 及 分 划 刻 线 必 须 在 同 一 焦 面 上 否 则, 可 前 后 移 动, 以 调 节 A 的 位 置, 直 到 刻 线 与 针 孔 象 在 同 一 焦 面 上 为 止 用 分 划 刻 线 测 量 星 点 投 影 象, 并 记 下 象 的 直 径 注 意 对 旋 转 式 夹 持 器 上 的 每 个 显 微 物 镜 都 要 做 好 该 项 调 整 工 作 4) 过 滑 动 或 稍 微 旋 转 B 使 星 点 象 调 到 目 镜 视 场 的 中 心 并 与 固 定 的 十 字 丝 对 准, 然 后 才 可 以 旋 紧 A 与 B 的 定 位 螺 丝 以 有 许 多 方 法 把 仪 器 的 方 位 及 水 平 面 对 准 光 学 导 轨 而 最 好 的 方 法 之 一 是 用 一 个 带 有 两 个 焦 点 的 凹 椭 球 反 射 镜 一 个 焦 点 可 以 测 量 到 125mm, 另 一 焦 点 能 测 量 到 2000mm 在 每 个 焦 点 上 依 次 检 验 水 平 面 和 旋 转 方 位 测 量 时 在 显 微 镜 的 工 作 距 离 上 已 调 整 好 的 中 心 高 度 应 保 持 不 变 然 后 观 察 椭 球 反 射 镜 表 面, 并 在 其 中 心 位 置 用 墨 水 作 上 记 号 显 微 物 镜 的 工 作 距 离 R 2 如 图 25.4 所 示 图 25.4 测 量 与 检 测 凹 凸 表 面 反 射 象 的 装 置 2. 凹 凸 表 面 的 检 测 通 过 对 准 表 面 象 ( 见 图 25.4 左 边 的 图 ) 和 曲 率 半 径 R 2 的 球 心 象 来 测 量 凹 样 板 要 寻 找 长 曲 率 半 径 凹 样 板 的 球 心 象 是 非 常 困 难 的, 甚 至 用 1 倍 的 物 镜 也 找 不 到 为 此 可 拿 掉 显 微 镜 的 目 镜 和 1 倍 物 镜, 用 小 功 率 (0.3mv) 的 激 光 束 直 接 穿 过 显 微 镜 筒 入 射 于 反 射 镜 上, 然 后 经 反 射 镜 原 路 返 回 ( 提 醒 一 下 : 在 一 张 小 纸 片 上 剪 一 个 直 径 为 6mm 的 小 孔, 然 后 放 在 激 光 器 前 面 的 某 一 位 置 上 调 节 样 板 的 夹 持 器, 使 激 光 束 穿 过 小 孔 和 显 微 镜 筒 照 射 到 凹 样 板 上 并 返 回 小 孔 ) 这 种 方 法 观 察 者 无 需 别 人 帮 助 可 独 立 完 成 注 意 工 作 时 要 戴 上 安 全 眼 睛 观 察 者 应 制 定 一 套 测 量 步 骤 先 用 旋 转 夹 持 器 上 的 一 只 1 倍 物 镜, 进 而 换 上 一 只 高 放 大 倍 功 率 的 物 镜 一 只 10 倍 物 镜 就 可 承 担 大 多 数 的 测 量 工 件, 但 是 应 使 样 板 反 射 面 的 全 口 径 都 能 照 明 到 如 图 25.4 所 示 也 能 测 量 凸 球 面 半 径 由 于 物 镜 工 作 距 离 的 限 制, 故 一 般 只 能 测 量 短 的 曲 率 半 径 一 些 有 代 表 性 的 工 作 距 离 是 80mm(1 ) 145mm;40mm 51mm;25mm 12.5mm 及..16mm 5.5mm 长 工 作 距 离 的 显 微 物 镜 可 由 爱 林 ( laling) 有 限 公 司 提 供 该 公 司 可 以 提 供 这 种 检 测 仪 的 所 有 部 件 凸 球 面 可 以 分 两 步 测 量 : 首 先 在 显 微 物 镜 的 工 作 距 离 上 找 到 球 心 象, 然 后 找 到 凸 面 的 表 面 象 在 两 个 位 置 上 读 出 R 1 和 R 2 ( 见 图 25.4) 两 个 不 同 的 读 数 注 意, 第 一 个 象 必 须 放 大 并 呈 圆 形, 特 别 是 凸 面 的 测 量 ( 见 图 25.5) 如 果 类 似 于 图 25.5 b, 则 要 调 节 夹 持 器 的 水 平 方 向 调 整 好 以 后, 与 测 凹 图 25.5 光 学 零 件 未 对 照 时 形 成 的 离 轴 面 反 射 镜 一 样, 用 罗 契 图 形 对 凸 面 进 行 测 量 和 检 验 图 象 ( 见 附 录 14 图 A14.2( 反 射 情 况 )) 3. 用 星 点 检 验 法 测 量 透 镜 系 统 这 台 仪 器 籍 助 于 镀 铝 平 面 可 用 自 准 直 法 来 检 测 反 射 镜 及 镜 头 的 成 象 质 量 人 造 星 点 象 随 所 用 物 镜 的 放 大 率 而 成 比 例 地 缩 小, 可 以 成 大 小 为 0.005mm 的 象 由 D 马 拉 卡 拉 (Malacara) 主 编 的 光 学 车 间 检 验 (Witey New York 1978) 第 十 一 章 的 作 者 W.T. 威 尔 福 特 (wtlford) 指 出 : 当 用 星 点 检 测 成 象 系 统 时, 象 差 检 测 灵 敏 度 高 的 可 达 入 / 60, 低 的 则 为 入 / 20 这 是 光 学 车 间 第 154 页

186 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 检 验 方 面 较 好 的 一 本 书 光 学 工 程 师 和 光 学 技 工 以 及 爱 好 望 远 镜 的 制 造 者 会 在 工 作 实 践 中 证 实 这 一 点 威 尔 福 特 列 举 了 检 测 成 象 系 统 的 许 多 著 名 光 学 装 置 万 能 检 测 仪 的 自 准 直 装 置 或 零 位 检 测 系 统 可 以 投 射 出 轴 上 星 点 象, 作 双 曲 面 的 候 德 尔 检 验 及 平 面 的 理 奇 伟 康 蒙 (Ritchty Common) 检 验 该 仪 器 如 图 25.2 所 示 在 镜 筒 中 装 上 带 有 不 同 频 率 的 罗 契 光 栅 ( 每 毫 米 为 2 10) 的 D 后, 对 轴 上 点 成 象 系 统 有 形 成 罗 契 图 的 能 力 用 40 显 微 物 镜 可 以 检 验 f/0.7 的 半 球 面 ( 如 果 需 要 的 话, 在 物 镜 前 面 可 以 放 一 块 显 微 镜 盖 玻 片 ) 的 面 形 质 量 当 然 罗 契 图 的 判 读 是 困 难 的, 特 别 当 使 用 高 频 光 栅 时 通 常 先 用 肉 眼 观 察 罗 契 图, 使 象 具 有 较 好 的 对 比 度 检 验 焦 外 罗 契 图 比 检 验 焦 内 罗 契 图 要 更 好 一 些 具 有 等 距 平 行 直 线 的 罗 契 图 表 示 反 射 镜 与 镜 头 的 象 差 校 正 良 好 及 被 检 凹 凸 表 面 的 球 面 性 很 好 焦 平 面 的 前 后 离 焦 时, 图 形 应 不 变 在 附 录 14 中 全 部 列 出 了 被 检 表 面 与 成 象 系 统 的 综 合 校 正 程 度 即 低 和 高 的 区 域 该 仪 器 比 球 面 干 涉 仪 的 用 途 更 为 广 泛 用 这 台 仪 器 根 据 霍 尔 隆 (Holleran) 浸 液 零 位 检 测 法 可 以 检 测 正 在 光 学 修 磨 中 的 非 球 面 这 种 新 颖 的 方 法 所 采 用 浸 油 或 其 它 液 体 的 折 射 率 与 非 球 面 的 偏 心 率 成 一 定 关 系 用 一 个 简 单 的 公 式 可 算 出 折 射 率 : n = (1+e 2 ) 1/2 ( 25 1 ) 图 25.6 为 偏 心 率 与 折 射 率 的 关 系 曲 线 式 中 n 为 浸 入 液 体 的 折 射 率 使 用 这 种 方 法, 液 体 应 充 满 非 球 面 反 射 镜 的 全 口 径 一 种 典 型 的 光 学 检 测 装 置 如 图 25.7 所 示 在 容 器 中 放 入 反 射 镜 与 刚 好 能 浸 没 反 射 镜 上 表 面 的 浸 液, 籍 助 水 平 台 的 调 整 使 发 散 光 束 或 会 聚 光 束 进 入 检 测 仪 器, 根 据 罗 契 图 的 判 读 来 进 行 光 学 修 磨 工 作 因 为 这 是 一 台 反 射 式 的 自 准 直 的 装 置, 故 附 录 14 讨 论 的 罗 契 图 应 旋 转 离 焦 的 罗 契 图 是 平 行 ( 零 位 ) 的 直 线 时, 非 球 面 的 面 形 质 量 优 于 0.1 波 长 R.T. 霍 尔 隆 在 Applied Optics P 中 提 出 了 用 偏 心 率 来 表 示 液 体 折 射 率 的 图 表 各 种 折 射 率 的 油 均 可 买 到 制 造 格 林 系 统 次 镜 时 另 一 种 检 测 方 法 称 为 罗 曼 检 测 法 格 林 系 统 的 双 曲 面 偏 心 率 很 容 易 图 25.7 用 折 射 率 等 于 被 测 系 统 偏 心 率 的 折 射 用 下 列 公 式 计 算 : 率 油 检 测 非 球 面 反 射 镜 ( 凹 ) 的 光 学 装 置 e = (p 1 + p ) ( p 1 p ) ( 25 2 ) ( 这 是 一 种 零 位 检 测 法 ) 式 中 b 为 抛 物 面 反 射 镜 顶 点 到 后 焦 点 的 距 离 ;fm 为 主 镜 焦 距 ;A 为 要 求 的 放 大 率 ( 一 般 为 ) 如 图 25.8 的 上 面 所 示 从 肖 特 或 俄 亥 雷 (O 1 Hara) 玻 璃 目 录 中 挑 选 出 折 射 率 最 接 近 ne 值 ( 汞 灯 546.6nm 线 ) 的 玻 璃, 检 测 仪 中 用 一 块 狭 带 色 片 或 锆 弧 光 源, 则 在 接 近 546.6nm 波 长 处 会 有 几 条 谱 线 将 有 规 定 曲 率 半 径 的 次 镜 安 装 p 1 距 离 处 进 行 检 测 曲 率 半 径 按 下 式 计 算 : Rcv = (e 1 )p ( 25 4 ) 第 155 页

187 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 式 中 Rcv 等 于 次 镜 的 曲 率 半 径 ;e 是 由 式 (25 2 ) 计 算 出 的 系 统 偏 心 值 ;p 1 为 次 镜 表 面 到 后 焦 面 的 后 焦 距 次 镜 的 背 面 应 该 是 一 个 粗 抛 光 到 0.1 波 长 的 平 面 如 果 检 测 的 结 果 是 零 位 图 形 ( 见 附 录 15), 则 该 反 射 镜 是 一 个 真 正 的 双 曲 面 天 空 与 望 远 镜 ( ) 的 P 中 介 绍 了 这 种 罗 曼 检 验 法 4. 小 孔 或 十 字 线 分 划 板 最 佳 焦 点 的 调 节 该 仪 器 的 又 一 功 能 是 将 准 直 物 镜 的 小 孔 或 分 划 板 调 节 到 最 佳 焦 点 上 并 测 出 准 直 物 镜 的 轴 向 色 差 在 图 25.9 a c 中 可 以 发 现 小 孔 或 分 划 板 通 过 检 测 仪 器 以 发 散 光 束 出 射, 用 基 准 的 自 准 直 光 束 使 其 会 聚 于 分 划 板 或 小 孔 上, 则 可 以 精 确 地 调 节 小 孔 或 分 划 板 在 显 微 镜 的 工 作 距 离 上 可 同 时 观 察 到 小 孔 的 边 界 或 分 划 板 的 刻 线 并 与 调 整 后 的 仪 器 所 形 成 的 星 点 象 对 准 图 25.8 格 林 双 曲 面 次 镜 的 零 位 罗 曼 检 测 法 用 10 或 更 高 倍 率 的 显 微 物 镜 来 寻 找 反 射 回 来 的 自 准 直 星 点 象 是 非 常 困 难 的 正 如 前 面 已 经 提 及 的, 开 始 时 要 用 低 倍 的 1 物 镜 为 了 测 量 轴 向 色 差, 高 倍 物 镜 应 该 消 色 差, 或 者 对 球 色 差 作 最 佳 的 校 正 用 最 低 倍 物 镜 找 到 自 准 直 象 后, 依 次 转 换 高 倍 物 镜 因 为 人 造 星 点 象 随 使 用 物 镜 的 放 大 率 成 正 比 例 地 缩 小, 所 以 象 可 以 缩 小 到 0.005mm 许 多 光 具 座 上 有 一 系 列 机 械 上 同 心 的 各 种 直 径 的 圆 盘, 所 以 可 以 找 到 小 孔 光 源 或 准 直 透 镜 的 分 划 板 根 据 规 定 的 程 序 安 装 好 每 个 元 件, 也 可 以 自 动 转 换 一 系 列 不 同 直 径 的 小 孔 并 自 动 调 节 小 孔 的 最 佳 直 径, 以 及 插 入 狭 带 光 片 或 改 变 光 源 来 直 接 测 量 每 种 波 长 的 轴 向 色 差 (Δchr) Δ 变 化 值 就 是 小 孔 光 源 对 预 先 选 定 波 长 位 置 的 偏 离 用 自 准 直 平 面 时, 必 须 仔 细 调 整 轴 和 轴 上 抛 物 面 反 射 镜, 决 不 要 把 曲 率 半 图 25.9 通 过 小 孔 或 分 划 板 投 射 星 点 象 来 确 定 准 直 径 的 象 误 认 为 自 准 直 象 安 装 离 轴 反 射 物 镜 的 最 佳 距 离 ( 自 准 直 象 是 用 于 观 察 的 自 准 直 镜 中 的 自 准 直 平 面 已 超 出 本 文 范 围 返 回 象 ) ( 见 图 25.9 c) 由 于 自 准 直 象 与 曲 率 半 径 象 接 近 重 合, 故 轴 上 抛 物 面 的 位 置 更 难 确 定 最 好 穿 过 镀 铝 平 面 ( 见 b 图 ) 在 小 孔 平 面 上 插 入 一 种 检 测 仪 器, 使 这 两 个 象 可 以 分 开 得 较 远 如 果 没 有 带 孔 的 平 第 156 页

188 第 二 十 五 章 万 能 检 验 仪 面, 可 以 用 不 带 孔 的 平 面 代 替, 而 且 平 面 应 安 放 在 对 准 带 区 的 边 缘 部 分, 然 后 再 由 检 测 仪 器 接 收 自 准 直 象 另 外 一 种 检 测 装 置 是 将 罗 契 光 栅 装 入 检 测 仪 器, 观 察 焦 外 罗 契 图 如 果 罗 契 图 是 等 距 离 的 平 行 直 线, 则 可 以 观 察 到 自 准 直 象 对 任 何 观 察 到 的 曲 线 应 考 虑 到 如 果 光 学 背 面 抛 修 得 很 好, 则 它 们 是 由 曲 率 半 径 形 成 的 图 象 如 果 用 更 小 的 平 面 对 准 带 与 边 部, 则 引 起 缩 小 效 应, 并 且 没 有 足 够 的 面 积 来 确 定 观 察 到 的 象 是 否 为 已 经 校 正 好 的 象 应 该 对 准 反 射 镜 的 整 个 面 积 才 能 证 实 观 察 到 的 象 是 已 经 校 正 好 的 象 第 157 页

189 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 M. 布 朗 检 验 光 学 零 件 的 许 多 方 法 中 没 有 一 种 方 法 能 够 满 足 所 有 的 要 求, 每 一 种 方 法 总 有 它 的 局 限 性 虽 然 傅 科 刀 口 检 验 是 检 验 反 射 镜 前 表 面 的 第 一 种 实 验 室 方 法, 但 一 直 只 局 限 于 科 研 方 面 的 使 用, 直 到 近 今 年 业 余 望 远 镜 制 造 者 才 广 泛 地 应 用 它 1856 年, 傅 科 发 表 傅 科 刀 口 检 验 后, 刻 勒 克 斯 (ctarks) 布 雷 歇 尔 (Brusktr) 菲 佐 (Fity) 及 其 他 在 美 国 的 科 学 家 真 真 使 用 了 刀 口 检 验 法 其 他 著 名 欧 洲 光 学 家, 如 法 国 的 夫 琅 和 费 和 卡 乔 克 司 (Cauchoix) 及 英 国 的 塔 利 (Tutty) 在 1856 的 刀 口 检 验 法 发 表 以 前 就 制 造 了 大 孔 径 消 色 差 折 射 望 远 镜 但 是 他 们 所 用 的 方 法 为 了 保 密 而 失 传 了, 人 们 一 直 认 为 他 们 是 采 用 目 镜 离 焦 的 夏 普 (Sharn) 法, 一 组 消 球 差 物 镜 形 成 的 圆 的 等 直 径 和 等 强 度 的 星 点 象 很 少 有 人 了 解 牛 顿 (1668) 和 其 他 人 制 造 的 第 一 台 反 射 式 望 远 镜 的 经 过 和 他 们 所 用 的 不 同 于 在 夜 间 用 反 射 镜 形 成 星 点 象 的 检 验 方 法 赫 歇 尔 (Herschet) ( ) 巧 妙 地 制 造 了 一 块 中 等 焦 比 (F/10 F/20) 的 反 射 镜 只 要 把 参 考 球 面 轻 度 非 球 面 化 就 可 以 获 得 焦 比 为 F/10 孔 径 48in 的 反 射 镜 他 卖 出 的 望 远 镜 大 多 数 具 有 较 小 的 孔 径 (6 14 in) 与 焦 比 大 于 F/10 的 球 面 反 射 镜, 而 且 可 以 满 足 最 严 格 的 要 求 牛 顿 使 用 上 述 方 法 一 直 到 1856 年 傅 科 发 明 用 肉 眼 就 可 以 直 接 观 察 到 阴 影 效 应 的 刀 口 检 验 为 止 傅 科 法 是 在 球 面 镜 的 曲 率 中 心 处 在 光 轴 的 一 侧 放 一 个 人 造 星 点, 由 于 反 射 作 用 在 球 面 反 射 镜 曲 率 中 心 光 轴 的 另 一 侧 形 成 人 造 星 点 的 反 射 象 在 曲 率 中 心 附 近 找 到 反 射 象 以 后, 可 以 用 刀 口 来 切 割 成 象 光 束, 用 另 一 只 肉 眼 也 能 观 察 到 一 块 不 规 则 表 面 的 阴 影 效 应 在 一 般 情 况 下, 刀 口 的 灵 敏 度 为 (0.1 1) 10 7 in, 而 且 不 受 尺 寸 限 制, 均 可 以 满 足 高 灵 敏 度 的 要 求 如 果 不 用 刀 口 检 验, 就 不 可 能 制 造 出 现 代 的 大 多 数 大 口 径 望 远 镜 显 然 对 大 型 光 学 镜 面 而 言, 刀 口 检 验 是 必 不 可 少 的, 但 是 对 小 型 光 学 元 件 而 言, 它 的 应 用 还 有 局 限 性, 因 为 要 有 相 当 丰 富 的 经 验 来 判 读 刀 口 检 验 所 观 察 到 的 不 均 匀 阴 影 自 从 1970 年 阿 尼 桑 那 (Ariyona) 大 学 光 学 中 心 的 罗 密 斯 (Loomis) 在 制 造 大 型 望 远 镜 反 射 镜 的 过 程 中 推 广 使 用 肯 特 (Kent) 单 线 检 验 以 后 ( 见 第 二 十 八 章 ),D. 亨 德 里 克 斯 在 帕 罗 山 里 克 天 文 台 用 星 点 检 验 法 对 200 in 和 120in 的 反 射 镜 作 了 最 后 的 修 整 ( 见 附 录 16) 刀 口 检 验 的 一 个 重 要 特 点 是 一 般 可 以 不 考 虑 尺 寸 的 大 小, 检 验 时, 可 以 一 下 子 观 察 到 整 个 被 检 验 表 面 因 此, 可 以 迅 速 地 检 测 出 表 面 的 不 规 则 性, 例 如 象 散 或 非 球 面 性 等 阴 影 检 验 的 另 一 个 重 要 特 点 是 物 镜 支 承 应 达 到 稳 定 的 状 态 若 夹 持 不 正 确 会 使 大 多 数 精 密 光 学 表 面 产 生 变 形, 从 而 难 以 保 证 表 面 质 量 由 于 安 装 镜 座 时 要 以 前 镜 面 的 变 形, 因 此 自 1939 年 以 来, 将 大 多 数 反 射 镜 与 镜 座 配 合 后 再 安 装 在 为 检 验 而 制 造 的 垂 直 塔 内 进 行 加 工 帕 森 格 鲁 布 (Person Grubb) 和 阿 尼 桑 那 光 学 中 心 使 用 了 检 验 塔 后,D. 亨 德 里 克 斯 在 天 文 台 内 修 磨 里 200in 的 反 射 镜 刀 口 检 验 是 光 学 零 件 的 前 表 面 而 不 涉 及 到 折 射, 故 有 很 大 的 使 用 价 值 由 于 反 射 镜 是 消 色 差 的, 所 以 可 使 用 白 光 然 而, 如 果 系 统 中 包 含 了 折 射 元 件, 则 需 要 配 上 适 当 的 单 色 窄 带 滤 波 器, 才 能 使 准 直 的 平 行 光 束 有 价 值 许 多 光 学 元 件, 例 如 球 面 平 面 抛 物 面 椭 圆 面 以 及 双 曲 园 锥 面 和 其 它 光 学 表 面 可 以 用 刀 口 检 验, 也 可 以 用 阴 影 效 应 罗 契 检 验 与 偏 振 效 应 检 验 均 匀 性 条 纹 气 泡 和 结 石 已 经 发 现 刀 口 均 匀 对 空 气 动 力 学 及 风 洞 的 研 究 有 着 广 泛 的 用 途 1. 曲 面 的 平 面 反 射 第 158 页

190 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 刀 口 均 匀 的 原 理 是 把 光 线 看 作 为 杠 杆 臂, 被 均 匀 表 面 看 作 为 系 统 的 支 点, 使 表 面 的 不 规 则 性 或 不 均 匀 性 得 到 放 大 虽 然 希 望 使 用 尽 可 能 长 的 杠 杆 臂, 但 加 长 杠 杆 臂 也 受 到 一 些, 例 如 检 验 光 路 中 空 气 的 均 匀 性 和 扰 动 及 眼 睛 分 辨 表 面 起 伏 能 力 的 限 制 通 常 杠 杆 臂 的 长 度 主 要 由 工 件 的 直 径 决 定, 工 件 越 大, 杠 杆 臂 的 长 度 也 越 长 杠 杆 臂 越 长, 由 于 杠 杆 的 放 大 作 用 其 灵 敏 度 也 就 越 高 图 26.1 平 面 反 射 镜 的 反 射 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 的 原 理 是 简 单 的, 反 射 光 线 和 入 射 光 线 以 相 同 的 角 度 位 于 镜 面 两 侧 的 同 一 平 面 内 如 图 26.1, 图 中 S 为 光 源 P 为 平 面 镜,I 为 象 J 为 入 射 角 r 为 反 射 角, 光 线 用 带 箭 头 的 线 表 示 根 据 实 用 的 目 的, 一 般 认 为 光 线 是 直 线 传 播 的, 因 此,sini=sinr 记 住 该 定 律 ( 斯 捏 尔 定 律 ) 是 很 重 要 的 反 射 光 线 以 表 面 误 差 的 两 倍 偏 折, 由 此 决 定 了 阴 影 检 验 的 灵 敏 度 由 于 光 的 波 长 极 小, 也 即 为 in 数 量 级 或 近 似 于 对 人 眼 睛 灵 敏 度 最 高 的 可 见 光 谱 中 绿 线 的 波 长 把 曲 面 看 作 由 很 多 法 线 交 于 曲 率 中 心 的 in 的 小 平 面 组 成, 这 样 平 面 反 射 光 线 的 特 性 就 可 以 应 用 于 曲 面 用 曲 面 上 的 许 多 水 平 面 来 模 拟 回 转 面 这 就 是 我 们 的 兴 趣 所 在 光 线 追 迹 不 可 能 一 比 一, 而 是 大 大 地 放 大 后 表 示 出 来 当 然 必 须 学 会 以 波 长 为 单 位 来 分 析 问 题 一 条 直 径 为 0.001in 的 细 线 相 当 于 贡 绿 线 波 长 的 47.6 倍 图 26.2 说 明 单 根 光 线 的 曲 面 反 射 特 性 曲 面 为 SP; 曲 面 SP 在 Y 点 的 法 线 为 N;S 为 光 源 ;I 为 象 点 ;j 为 入 象 角 ;r 为 反 射 角 带 箭 头 的 线 表 示 光 线 实 际 上, 曲 面 的 单 根 光 线 反 射 与 平 面 的 光 线 反 射 是 相 同 的 图 26.2 球 面 镜 的 反 射 原 文 误 为 476 个 波 长 译 者 注 2. 旋 转 球 面 图 26.3 中 的 大 圆 D 表 示 半 径 为 R 的 空 心 球 体 的 球 面 假 设 球 体 的 内 表 面 是 理 想 的 旋 转 球 面, 则 c/c 点 ( 曲 率 中 心 ) 为 正 确 的 球 心 如 果 一 个 小 的 球 形 光 源 S 置 于 曲 率 中 心 处, 则 可 以 在 整 个 方 向 上 反 射 光 线 所 有 光 线 以 法 线 方 向 入 射 于 球 面, 并 沿 着 原 路 返 回 到 有 原 点 球 面 的 内 表 为 旋 转 球 面, 所 以 与 用 阴 影 线 表 示 的 情 况 是 相 同 的 图 26.3 光 源 在 球 心 时 的 球 面 反 射 图 26.3 的 剖 面 线 是 顶 点 S 的 扇 形 侧 视 图 这 是 用 刀 口 检 验 回 转 球 面 时 的 典 型 情 况 由 于 光 线 使 表 面 的 倾 斜 误 差 放 大 ( 见 图 26.4), 所 以 可 以 观 察 到 球 面 反 射 镜 的 微 量 表 面 误 差 由 光 源 S 发 出 的 光 线 入 射 于 曲 面 E 上, 然 后 射 到 I,r 角 等 于 j 角, 夹 角 I 1 = r+j 用 箭 头 线 E 点 处 的 斜 率 变 化 并 记 为 w, 再 画 出 与 倾 斜 面 垂 直 的 法 N 2 因 为 S 不 变, 光 线 S 入 射 到 E, 由 于 表 面 的 倾 斜, 反 射 象 将 由 I 1 移 动 到 I 2 I 1 =J+r 当 倾 斜 角 w=j 时,I 2 =2(j+r) 因 为 j+r 为 常 数, 象 由 I 1 移 到 I 2 的 移 动 量 为 2(Sinw)R 图 26.4 倾 斜 误 差 对 反 射 的 影 响 第 159 页

191 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 用 I 1 E 作 刀 口 检 验 时, 用 SE 形 成 I 1 角 表 示 正 常 情 况, 倾 斜 变 化 w 时 以 I 2 表 示 现 在 用 一 个 实 例 来 讨 论 放 大 倍 率 的 确 定 方 法 设 S 到 E 的 距 离 R(300in),E 点 的 斜 率 变 化 W 为 0.001in, 放 大 后 I 1 到 I 2 的 移 动 量 以 表 示 每 英 寸 的 弧 长 值 英 寸 表 示 为 2WR 或 =0.6in 上 述 问 题 仅 仅 是 为 了 说 明 原 理 现 在 对 同 一 问 题 以 波 长 为 单 位 来 考 虑 其 变 化 设 E 点 的 倾 斜 变 化 为 1/2 个 光 圈 或 1/4 个 波 长 或 近 似 于 in, 则 2(WR) 等 于 , =0.003in 或 是 个 波 长 用 该 实 例 说 明 如 何 利 用 杠 杆 的 放 大 作 用 将 小 的 倾 斜 变 化 量 放 大 为 用 肉 眼 可 以 观 察 的 量 大 多 数 测 试 光 学 零 件 的 方 法 都 是 将 微 量 的 误 差 放 大 成 眼 睛 可 以 鉴 别 的 量 3. 刀 口 检 验 的 图 解 为 了 研 究 刀 口 的 功 能, 大 大 夸 大 后 画 出 了 图 26.5 它 由 光 源 S 一 对 聚 光 镜 和 靠 近 系 统 光 轴 的 一 块 小 的 镀 铝 平 面 或 直 角 棱 镜 组 成 远 离 光 源 的 第 二 块 聚 光 镜 将 直 径 为 几 个 波 长 的 针 孔 聚 焦 于 反 射 镜 或 直 角 棱 镜 的 前 面, 反 射 镜 或 棱 镜 将 圆 锥 光 束 射 向 e 反 射 镜 M 请 注 意 系 统 中 的 会 聚 光 路 和 发 散 光 路 应 注 意 入 射 的 发 散 光 束 的 夹 角 必 须 大 于 等 于 或 反 射 镜 M 与 曲 率 中 心 所 形 成 的 夹 角 若 入 射 光 束 夹 角 小 于 被 检 验 表 面 M 的 夹 角, 则 光 束 不 能 充 满 整 个 表 面, 因 而 只 能 观 察 到 被 照 明 的 那 部 分 面 积 图 26.5 刀 口 检 验 ( 不 成 比 例 ) 图 26.5 中 虚 线 表 示 原 点 在 曲 率 中 心 处 的 法 线, 法 线 与 光 源 发 出 的 光 线 在 表 面 M 上 相 交, 用 带 箭 头 的 实 线 表 示 入 射 光 线 与 反 射 光 线 以 三 个 轴 向 位 置 表 示 刀 口 的 位 置 ( 图 26.5) 首 先 考 虑 c/c 位 置, 如 果 刀 口 切 入 反 射 光 线 ( 用 箭 头 表 示 ), 表 面 M 将 出 现 一 片 均 匀 的 阴 影, 因 为 由 M 发 出 的 光 线 全 部 集 中 在 c/c 的 小 区 域 内 当 然, 这 里 假 设 M 是 理 想 的 回 转 球 面, c/c 区 域 的 直 径 为 0.005in 作 局 部 切 割 时, 表 面 出 现 一 片 青 灰 色 若 遮 拦 更 多 的 光 线, 则 看 上 去 呈 一 片 黑 色 ( 见 图 26.6) 刀 口 移 到 图 26.5 中 c/c 的 外 侧, 分 析 后 表 明, 刀 口 将 遮 拦 与 其 相 对 一 侧 的 光 线, 使 该 区 域 内 形 成 阴 影, 而 表 面 的 其 余 部 分 则 仍 然 是 亮 的 图 26.6 刀 口 检 验 时 观 察 表 面 M ( 见 图 26.6 b) 如 果 刀 口 移 向 c/c 内 侧 ( 见 图 26.5), 阴 影 将 出 现 于 另 一 侧, 如 图 26.6 c 所 示 这 样 就 可 以 决 定 刀 口 是 否 在 表 面 M 的 曲 率 中 心 处 用 刀 口 切 割 时, 阴 影 出 现 在 水 平 面 上 的 左 边, 则 表 明 刀 口 在 曲 率 中 心 的 里 边 ; 反 之, 阴 影 将 出 现 在 水 平 面 上 的 右 边 出 现 上 述 情 况 时, 必 须 里 外 移 动 刀 口 位 置, 直 到 表 面 阴 影 均 匀 并 同 时 出 现 阴 影 为 止, 这 时, 刀 口 必 定 在 曲 率 中 心 处 ( 见 图 26.6 a) 4. 刀 口 的 对 准 为 了 对 准 刀 口, 观 察 者 必 须 遵 守 一 定 规 则, 以 消 除 检 验 误 差 见 图 26.7, 图 中 的 虚 线 办 事 旋 转 时 所 有 平 面 内 的 视 线 ( 见 B C D) 如 果 用 双 刃 刀 口 则 只 要 旋 转 就 可 以 在 整 个 直 径 的 两 个 方 向 上 进 行 切 割 请 注 意 图 26.7a 中 的 E-E, 如 果 刀 口 以 其 中 一 个 角 度 切 割 光 线, 则 难 找 到 焦 点 或 c/c, 而 且 不 可 能 正 确 地 判 读 阴 影 应 该 注 朝 向 反 射 镜 中 心 的 切 割 对 阴 影 的 影 响 第 160 页

192 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 刀 口 应 该 调 节 到 与 E-E 正 交 时 再 来 切 割 光 线 该 装 置 由 旋 转 的 目 镜 托 架 和 优 质 的 10 目 镜 组 成 目 镜 位 于 观 察 者 眼 睛 与 刀 口 之 间 为 了 调 节 目 镜 中 的 象, 在 c/c 位 置 两 侧 的 水 平 面 与 垂 直 平 面 内 调 节 刀 刃 当 狭 缝 针 孔 象 正 好 处 于 目 镜 的 中 心 时, 则 为 调 整 良 好 对 正 确 的 球 面 反 射 镜 在 球 心 点 前 后 的 象 说 直 径 是 相 等 的 ( 针 孔 为 扩 大 的 星 点 象, 狭 缝 为 衍 射 线 ) 一 台 符 号 使 用 要 求 的 刀 口 调 整 装 置 由 旋 转 底 座 纵 向 导 轨 直 角 导 轨 和 垂 直 导 轨 组 成 除 旋 转 底 座 以 外 都 应 用 螺 杆 控 制, 并 用 图 26.7 刀 口 检 验 时 的 调 整 精 密 螺 纹 和 对 开 螺 母 调 整 刀 口 将 精 度 为 1/1000in 的 千 分 表 装 于 纵 向 螺 杆 上, 而 螺 旋 夹 持 在 带 有 叶 片 弹 簧 的 对 开 螺 母, 使 致 能 迅 速 改 变 位 置 图 26,8 表 示 刀 口 检 验 的 主 要 部 件 所 有 导 轨 以 小 动 程 自 由 地 运 动, 同 时 可 用 螺 钉 固 紧 刀 口 可 以 在 3in 孔 径 的 圆 盘 上 旋 转, 以 减 少 象 过 程 中 的 困 难 在 目 镜 的 前 面 还 连 接 了 一 只 小 圆 盘 小 圆 盘 用 三 只 直 径 分 别 为 in 的 针 孔 和 一 个 直 径 的 扩 展 光 源 组 合 成 为 了 用 罗 契 光 栅 来 观 察 罗 契 图 还 用 一 块 有 图 26.8 刀 口 检 验 装 置 1/32in 宽 度 的 狭 缝 的 毛 玻 璃 屏, 从 焦 点 图 到 罗 契 图 的 定 位 方 向 有 一 定 的 转 换 关 系 ( 见 附 录 14) 一 般 情 况 下 用 四 种 尺 寸 的 针 孔 完 全 可 以 满 足 要 求 对 大 多 数 工 件 来 说, 需 要 强 光 源 照 明, 这 可 以 用 一 只 108W 普 通 电 影 灯 泡 来 满 足 要 求 当 必 须 检 验 诸 如 F/1 焦 比 值 的 广 角 光 学 系 统 时, 则 需 要 更 强 的 光 源 图 中 目 镜 没 有 示 出, 它 应 该 与 透 镜 外 壳 的 托 架 铰 接, 同 时 可 自 由 地 绕 铰 链 从 原 来 位 置 旋 出 一 般 使 用 10 冉 斯 登 目 镜 也 就 可 以 了, 但 在 有 些 情 况 下, 需 要 更 高 放 大 倍 率 的 目 镜 对 确 定 光 源 安 装 在 哪 一 侧 及 刀 口 在 水 平 位 置 朝 哪 个 方 向 运 动 会 引 起 许 多 混 淆 布 朗 波 特 (Poter) 与 泰 塞 瑞 (Texerau) 安 装 刀 口 与 光 源 的 方 向 都 不 一 样 布 朗 将 光 源 放 在 刀 口 的 右 边 ( 见 图 26.8), 刀 口 及 连 在 一 起 的 光 源 从 左 向 右 运 动 波 特 将 光 源 固 定 在 右 边, 刀 口 从 右 向 左 运 动 布 朗 与 波 特 提 出, 刀 口 应 该 切 割 其 对 面 一 侧 的 照 明 以 观 察 到 表 面 的 倾 斜 泰 塞 瑞 制 订 了 一 个 规 则 : 固 定 光 源 总 是 在 朝 向 反 射 镜 的 左 手 一 边, 从 右 向 左 插 入 刀 口 他 的 判 读 方 法 与 布 朗 和 波 特 是 一 样 的 规 则 适 合 检 验 任 何 光 学 零 件 中 的 反 射 面 例 如 (1) 带 一 块 平 面 的 自 准 直 装 置 中 修 磨 有 抛 物 面 反 射 镜 的 卡 塞 格 林 系 统 的 次 镜 ;(2) 在 带 有 光 学 平 面 的 自 准 直 镜 中 装 有 一 块 镀 铝 的 光 栏 来 修 磨 带 校 正 板 的 马 克 苏 多 夫 系 统 中 的 主 镜 ;(3) 在 曲 率 中 心 检 验 凹 面 反 射 镜 的 装 置 这 样 的 反 射 光 学 系 统, 光 线 总 是 来 自 于 刀 口 切 割 的 对 面 泰 塞 瑞 规 则 : 一 律 规 定 以 刀 口 对 面 一 侧 的 光 束 照 明 斜 坡 ( 多 被 验 物 镜 置 于 平 行 光 路 中 时, 规 则 则 相 反 ) 检 验 反 射 光 学 系 统 的 三 种 光 学 装 置 均 服 从 该 规 则 波 特 装 置 也 有 刀 口 在 右 边, 光 源 固 定 在 右 边 的 布 朗 装 置 可 能 会 引 起 一 些 错 觉, 因 为 装 置 中 有 一 个 可 以 在 两 个 方 向 移 动 的 狭 缝 刀 口, 因 而 对 于 光 源 与 刀 口 刀 刃 可 能 产 生 错 误 的 切 割 方 向 一 般 来 说, 人 们 总 是 希 望 用 狭 缝 刀 口 在 右 边 的 方 案 第 161 页

193 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 对 于 透 射 光 学 系 统 如 物 镜 施 密 特 校 正 板 马 克 苏 多 夫 校 正 透 镜 非 球 面 透 镜 等 等, 当 刀 口 横 向 切 割 时, 把 光 线 看 作 在 刀 口 的 后 边, 换 言 之, 阴 影 向 前 投 影 5. 检 验 球 面 反 射 镜 的 前 表 面 刀 口 检 验 时, 必 须 确 定 针 孔 或 狭 缝 光 源 的 大 小 根 据 最 佳 清 晰 度 的 要 求, 理 论 上 光 源 的 尺 寸 为 或 in 然 而, 一 般 车 间 里 用 这 样 小 的 针 孔 是 不 切 实 际 的, 它 仅 仅 是 为 了 满 足 计 量 术 的 要 求 一 般 使 用 in 的 针 孔 光 源 就 可 以 满 足 清 晰 度 与 表 面 质 量 的 要 求 这 样 大 小 的 光 源 可 以 发 出 足 够 的 光 能, 使 检 验 单 块 或 多 块 表 面 时 不 致 于 使 眼 睛 过 度 疲 劳, 并 且 可 以 达 到 in 的 精 度 有 些 操 作 者 欢 喜 用 狭 缝 光 源 代 替 圆 孔 光 源, 认 为 这 样 可 以 提 高 灵 敏 度 并 且 增 加 了 亮 度 然 而, 这 有 一 个 缺 点, 那 就 是 用 目 镜 检 验 象 散 时, 目 镜 离 焦 后 不 可 能 获 得 焦 外 椭 圆 状 图 样 6. 衍 射 刀 口 检 验 时, 衍 射 总 是 存 在 的, 围 绕 工 件 四 周 可 以 看 到 一 系 列 狭 而 亮 的 圆 环 刀 口 检 验 时, 衍 射 并 非 特 别 重 要, 然 而 初 学 者 可 能 会 混 淆 如 果 用 全 孔 径 观 察 反 射 表 面, 四 周 会 出 现 一 系 列 狭 而 亮 的 闭 合 圆 环 最 内 层 的 圆 环 最 亮, 越 向 外 层 圆 环 强 度 逐 渐 削 弱, 这 种 现 象 就 图 26.9 刀 口 检 验 时 衍 射 效 应 是 衍 射 这 是 由 于 工 件 边 缘 小 圆 角 或 者 边 缘 倒 边 使 光 线 突 然 发 散 所 致 靠 近 斜 面 顶 峰 处 形 成 有 第 一 圆 环 的 强 度 及 面 积 最 大, 而 其 它 圆 环 的 尺 寸 与 强 度 均 要 下 降 边 缘 光 线 的 发 散 使 之 分 离 出 一 部 分 成 象 光 束 ( 见 图 26.9 中 I) 可 用 人 眼 虹 膜 作 孔 径 光 栏 来 识 别 衍 射 环 观 察 被 照 明 面 时, 眼 睛 向 四 周 转 动, 当 转 到 某 一 位 置 时, 在 反 射 镜 的 亮 区 域 的 外 边 缘 有 许 多 暗 的 光 环, 即 为 衍 射 环 ( 见 图 26.9 中 B) 用 刀 口 切 割 时, 与 切 割 方 向 相 对 的 一 边 也 可 以 观 察 到 呈 直 线 的 衍 射 条 纹 在 焦 点 内 用 刀 口 切 割 时 可 以 看 到 用 于 确 定 翘 边 或 塌 边 的 阴 影 条 纹 如 果 它 们 的 边 界 位 于 右 边 的 圆 边 界 上, 则 边 缘 塌 边 ; 反 之 位 于 左 边 的 圆 边 界 上, 则 边 缘 翘 边 由 此 可 以 看 到, 刀 口 检 验 时 观 察 者 可 以 不 必 考 虑 衍 射 环 希 望 了 解 衍 射 环 的 人 们, 可 以 参 阅 作 详 细 讨 论 的 光 学 教 科 书 7. 视 差 视 差 是 傅 科 检 验 的 另 一 固 有 特 性 人 们 曾 多 次 试 尝 研 制 一 种 消 视 差 的 共 轴 系 统, 但 是 都 没 有 取 得 很 大 成 功, 因 此, 观 察 者 必 须 认 识 到 视 差 是 不 可 避 免 的, 然 而 可 从 找 出 带 区 误 差 的 峰 值 以 补 偿 视 差 的 影 响 有 关 这 方 面 问 题 在 分 析 有 害 的 带 区 误 差 时 再 做 讨 论 视 差 是 由 于 光 源 与 影 像 的 分 离 而 造 成 的 分 离 使 入 射 光 束 与 反 射 光 束 间 形 成 了 小 的 角 度 由 于 有 45/45 透 反 射 坚 硬 膜 层 薄 片 及 卤 素 灯 源 的 出 现, 可 以 设 计 出 供 检 验 低 焦 比 和 R/D 小 于 3 的 球 面 反 射 镜 ( 这 里 R 为 曲 率 半 径 ;D 为 直 径 ) 的 共 轴 刀 口 仪 8. 环 带 误 差 检 验 球 面 反 射 镜 时, 要 尽 可 能 单 独 检 验 各 种 不 均 匀 性 及 局 部 误 差, 以 免 相 互 混 淆 一 般 系 统 中 至 少 存 在 两 种 以 上 的 局 部 误 差 在 有 带 区 误 差 时 经 常 出 现 由 各 种 原 因 引 起 的 各 种 形 式 的 象 散 有 关 这 方 面 问 题 在 带 区 误 差 测 试 时 再 讨 论 最 常 出 现 的 带 区 误 差 是 塌 边 因 此, 首 先 讨 论 这 种 情 况 为 了 简 化, 假 设 球 面 的 其 余 部 分 是 理 想 的 球 面 并 消 除 了 象 散 第 162 页

194 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 为 说 明 清 楚 起 见, 需 要 夸 大 带 区 误 差 及 缺 陷 现 在 可 以 更 详 细 地 解 释 为 什 么 用 刀 口 可 以 看 出 表 面 的 不 规 则 程 度 最 简 单 的 一 个 例 子 是 从 飞 机 上 向 下 看 太 阳 斜 照 的 山 区 ( 见 图 26.10) 所 有 受 到 太 阳 光 直 接 照 射 的 斜 坡 将 产 生 阴 影 反 衬 作 用 使 山 峰 的 凸 更 加 明 显, 从 而 突 出 了 斜 坡 的 变 化 虽 然 高 度 是 可 以 计 算 的, 但 是 反 衬 作 用 对 高 度 并 不 很 敏 感 眼 睛 对 它 接 收 到 的 某 一 区 域 的 光 能 量 会 产 生 影 响 一 个 有 最 高 的 很 宽 的 斜 面 坡, 与 真 正 球 面 的 偏 离 可 能 小 于 几 分 之 一 的 波 长, 图 斜 照 时 用 一 系 列 山 丘 的 阴 影 说 明 但 是 看 到 的 却 是 一 个 很 宽 的 高 带 区 反 之, 不 同 斜 面 的 效 应 具 有 最 低 点 的 一 个 狭 的 斜 坡, 根 据 光 的 能 量 其 宽 度 可 忽 略 不 计 ( 见 图 中 L 和 S) 因 为 在 L 区 域 有 大 量 的 光 能, 而 在 S 点 则 只 有 少 量 的 光 能, 因 而 很 大 程 度 上 要 凭 经 验 来 解 决 这 些 问 题 此 外, 如 果 要 用 刀 口 检 验, 则 表 面 的 质 量 应 是 完 好 的, 不 允 许 存 在 严 重 的 带 区 误 差 一 块 制 成 的 优 于 1/20 波 长 而 接 近 理 想 的 回 转 球 面 决 不 可 能 出 现 严 重 带 区 误 差 的 效 应 而 使 人 误 测, 当 然, 轻 度 的 带 区 误 图 刀 口 检 验 时 带 区 大 小 的 影 响 差 还 是 存 在 的 9. 塌 边 图 所 示 是 根 据 中 心 带 区 的 曲 率 中 心 来 确 定 塌 边 检 验 任 何 反 射 球 面 的 前 表 面 时, 有 一 条 原 则 必 须 记 住 : 光 源 由 刀 口 方 向 的 另 一 侧 照 射 过 来 前 述 布 朗 法 刀 口 是 从 左 向 右 进 行 切 割 的, 因 此, 反 射 镜 的 斜 面 从 右 侧 获 得 照 明 图 刀 口 检 验 时 的 塌 边 效 应 当 然, 实 际 上 光 源 在 曲 率 中 心 附 近 成 象 ( 在 左 边 ), 而 且 为 减 少 混 淆, 认 为 光 线 对 表 面 掠 入 射, 并 且 入 射 方 向 与 切 割 方 向 相 反 ( 见 图 26.12) 在 反 射 光 学 系 统 中, 为 了 正 确 地 判 断 明 亮 与 阴 影, 有 一 条 固 定 的 规 则 : 在 图 中, 刀 口 置 于 球 面 反 射 镜 中 心 区 域 的 曲 率 中 心 处 (C/C) 该 区 域 内 的 光 线 与 所 有 从 左 边 出 射 的 光 线 被 刀 口 切 割, 因 此 是 暗 的, 而 从 右 边 出 射 的 光 线 将 通 过 刀 口 进 入 眼 瞳, 所 以 右 边 射 的 光 线 将 通 过 刀 口 进 入 眼 瞳, 所 以 是 亮 的 ( 见 图 26.12) 图 中 D 呈 现 平 面 性 质, 因 为 在 c/c 处 看 上 去 象 平 面 同 时 注 意 图 中 C, 刀 口 绕 回 转 环 带 旋 转 时, 垂 直 分 割 亦 旋 转, 故 图 中 表 面 C 中 将 表 面 半 边 翻 转 换 言 之, 刀 口 从 左 向 右 切 割, 如 果 亮 带 出 现 右 边 缘, 则 左 边 缘 的 带 区 是 暗 的, 它 们 是 互 补 的 塌 边 亦 是 旋 转 对 称 的 带 区 误 差, 因 此 左 边 是 暗 的, 右 边 是 亮 的 9.1 要 记 住 的 规 则 1) 如 果 刀 口 从 左 向 右 切 割 ( 观 察 者 面 对 反 射 镜 ), 光 线 则 从 右 边 射 向 表 面 ; 反 之, 刀 口 从 第 163 页

195 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 右 向 左 切 割, 光 线 从 左 边 射 向 表 面, 而 且 全 部 光 线 的 阴 影 都 倒 过 来 2) 与 刀 口 平 行 一 条 的 反 射 镜 的 直 径 是 亮 与 暗 的 分 界 线 分 界 线 的 一 侧 为 亮 域, 另 一 侧 为 暗 域 3) 所 有 面 向 光 束 的 倾 斜 面 是 亮 的, 背 向 光 束 的 倾 斜 面 是 暗 的 4) 观 察 者 精 通 这 些 规 则 后, 就 能 自 然 地 解 释 它 们 然 而 必 须 谨 防 有 时 会 出 现 相 反 的 情 况 造 成 这 种 现 象 的 原 因 尚 不 清 楚, 对 视 力 差 的 人 更 为 常 见 到 置 的 现 象 使 亮 区 变 亮 一 般 将 眼 睛 松 弛 几 分 钟 就 能 看 清 令 人 遗 憾 的 是 有 时 观 察 者 不 了 解 这 种 情 况, 因 此 怀 疑 观 察 到 的 表 面 质 量 出 现 了 突 然 变 化, 所 以 在 修 整 前 应 该 作 仔 细 分 析 再 假 定 球 面 的 中 心 带 区 是 理 想 的, 而 边 缘 翘 边 刀 口 从 左 向 右 切 割 ( 见 图 26.13), 当 刀 口 在 中 心 区 c/c 时, 刀 口 切 割 从 右 边 射 来 的 光 线, 从 左 边 来 的 光 线 则 穿 过 刀 口, 因 此 右 边 暗, 左 边 亮 翘 边 的 斜 面 或 相 对 中 心 呈 翘 边 的 面, 则 显 示 出 与 图 相 反 的 情 况, 而 且 从 中 心 区 域 射 出 的 光 线 一 部 分 被 刀 口 切 割, 另 一 部 分 则 通 过 刀 口, 图 6.13 翘 边 的 效 应 因 此 中 心 区 域 比 边 缘 的 阴 影 更 亮 一 些, 而 且 呈 均 匀 变 暗 的 阴 影 第 一 个 例 子 里, 假 设 不 存 在 过 渡 的 带 区, 斜 面 是 突 然 变 化 的 当 然 这 种 现 象 的 罕 见 的, 斜 面 变 化 时 总 会 出 现 如 图 所 示 的 凹 槽 图 26.14A 表 示 有 塌 边 与 塌 边 且 内 侧 有 凹 槽 的 球 面 形 成 的 光 线,B 是 阴 影 图,C 为 侧 视 图, 并 用 平 面 代 替 球 面 当 然, 如 果 表 面 为 球 面 则 不 可 图 具 有 倾 斜 变 化 的 典 型 凹 槽 能 是 平 的, 用 点 划 线 来 表 示 球 面 另 一 方 面 如 果 刀 口 置 于 球 心 C/C 处, 则 对 眼 睛 而 言 看 上 去 就 好 象 是 平 面 图 6.14 所 示 并 非 特 例, 事 实 上, 这 是 光 学 加 工 中 最 常 见 的 一 种 情 况, 而 图 6.12 及 则 为 例 外 情 况 图 6.15 并 不 是 特 例, 而 是 作 为 一 条 规 律 来 强 调 如 果 刀 口 从 左 向 右 切 割, 则 A 是 表 示 光 线,B 本 身 就 是 可 以 解 释 的 阴 影 图 凹 槽 产 生 后 很 难 消 除, 如 果 需 要 测 量 斜 面 的 深 度, 则 可 以 用 刀 口 检 验 大 多 数 情 况 下, 凹 槽 十 分 狭, 因 而 要 了 解 C/C 与 表 面 其 余 部 分 的 关 系 是 困 难 的, 所 以 图 检 验 反 射 面 的 典 型 情 况 要 采 取 许 多 预 防 措 施 以 防 凹 槽 的 产 生 应 该 注 意 到, 所 有 已 讨 论 过 的 带 区 误 差 是 基 于 刀 口 位 于 回 转 球 面 中 心 区 域 c/c 处 然 而 考 第 164 页

196 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 虑 最 有 利 的 情 况 时, 该 位 置 并 不 是 理 想 的, 实 际 上 还 存 在 许 多 与 局 部 误 差 有 关 的 其 它 理 想 位 置, 但 涉 及 到 许 多 因 素, 因 而 最 好 根 据 实 际 经 验 来 确 定 10. 球 面 象 差 所 有 带 区 误 差 的 存 在, 使 光 线 不 能 会 聚 于 一 点 而 产 生 球 面 象 差 物 和 象 焦 距 及 孔 径 的 大 小 决 定 了 会 聚 于 该 点 上 的 光 线 称 之 为 象 差 光 线 并 产 生 球 差 每 种 光 学 系 统 均 存 在 一 些 球 差, 因 此, 有 象 差 存 在 时, 靠 近 焦 点 或 球 图 球 差 形 成 的 最 小 弥 散 圆 心 处, 使 象 差 光 束 直 径 最 小, 该 截 面 称 之 为 最 小 弥 散 园 大 多 数 情 况 下 ( 见 图 26.16) 刀 口 应 该 在 平 均 中 心 位 置 c/c 点 上 用 点 划 线 表 示 的 区 域 为 最 小 弥 散 圆 位 置 必 须 用 以 下 三 个 步 骤 使 刀 口 置 于 最 小 弥 散 圆 位 置 1) 目 镜 调 焦 于 刀 刃 的 边 缘 ; 2) 调 节 滑 动 架, 直 到 目 镜 里 看 到 的 象 最 清 晰 3) 取 下 目 镜, 观 察 切 割 情 况 必 须 记 住, 并 不 是 在 任 何 情 况 下 都 要 遵 循 这 些 规 则 只 是 在 最 小 弥 散 圆 时 提 供 了 表 面 的 平 均 情 况 如 果 这 时 球 面 半 径 在 测 量 公 差 范 围 内 ( 例 如 在 样 板 半 径 内 ), 则 构 成 了 一 种 平 均 切 割 条 件 假 设 图 中 的 S-S 区 域 为 我 们 要 求 的 曲 率 半 径 带 区, 则 最 小 弥 散 圆 在 c/c 右 边 如 果 反 射 镜 的 面 形 有 翘 边, 则 最 小 弥 散 圆 在 所 要 求 曲 率 半 径 的 内 侧 或 左 边 ( 见 图 26.17) 图 最 小 弥 散 圆 和 翘 边 时 的 带 区 焦 点 分 析 图 还 6.17 后 发 现, 最 小 弥 散 圆 的 位 置 与 所 要 求 曲 率 半 径 间 的 关 系 是 难 以 捉 摸 的, 应 按 具 体 条 件 决 定 是 否 采 取 最 小 弥 散 圆 位 置 11. 中 心 环 带 误 差 前 面 讨 论 的 带 区 误 差 仅 限 于 边 缘 带 区 现 在 假 设 表 面 的 外 边 缘 是 理 想 的 球 面, 而 中 心 区 域 存 在 着 环 带 误 差 首 先 研 究 中 心 高 的 ( 见 图 26.18) 环 带 误 差 图 6.18 表 示 中 心 为 凹 区 的 旋 转 球 面, 而 且 C/C 在 c/c 处 当 刀 口 在 外 边 缘 带 C/C 处, 但 在 中 心 带 C/C 内 并 从 左 向 右 进 行 中 间 ( 半 ) 切 割 时, 则 表 面 看 上 去 与 图 的 情 况 一 样, 但 要 注 意 弥 散 圆 的 位 置 图 是 经 常 出 现 的 中 心 凹 的 情 况 注 意 图 中 B 的 焦 点 图 当 刀 口 在 外 环 带 区 C/C 处 并 从 左 向 右 的 中 间 切 割 时, 外 带 同 样 具 有 阴 影, 但 中 心 区 则 相 反 同 时 注 意 一 下 弥 散 圆 位 置 图 中 心 高 的 环 带 误 差 第 165 页

197 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 以 中 间 切 割 来 作 为 参 考 点, 这 在 叙 述 图 凹 的 或 中 心 低 的 环 带 误 差 上 有 些 含 糊 之 处, 因 为 没 有 确 定 切 割 圆 锥 光 束 的 刀 口 的 标 准 或 精 确 的 距 离 由 于 球 差 ( 弥 散 圆 ) 的 各 种 变 化 和 观 察 者 对 理 想 刀 口 位 置 的 不 同 看 法 以 及 实 际 的 与 要 求 的 曲 率 半 径 间 的 差 别, 要 建 立 标 准 是 困 难 的, 必 须 根 据 观 察 者 的 经 验 来 确 定 到 目 前 为 止, 一 位 新 的 操 作 者 了 解 了 上 述 诸 问 题 后, 已 经 可 以 加 工 出 一 个 消 除 了 环 带 误 差 与 象 散 差 并 具 有 正 确 曲 率 半 径 ( 样 板 ) 的 理 想 旋 转 表 面 ( 球 面 ) 了 鉴 别 是 否 达 到 理 想 的 表 面 并 不 困 难, 但 鉴 别 非 理 想 的 表 面 则 有 些 麻 烦 迄 今 讨 论 的 环 带 误 差 是 一 种 简 单 的 形 式, 没 有 考 虑 各 种 各 样 大 小 不 同 的 环 带 完 成 和 象 散 差 显 然, 从 讨 论 中 应 该 认 识 到 防 止 环 带 误 差 是 极 为 重 要 的, 应 该 采 取 一 切 预 防 措 施 来 限 制 环 带 的 产 生 较 重 要 的 预 防 措 施 之 一 是 工 件 的 支 撑 工 件 的 表 面 质 量 应 该 与 要 求 的 表 面 质 量 一 致, 抛 光 模 的 形 状 及 密 度 分 布 要 对 称, 避 免 对 一 定 的 动 程 产 生 固 定 的 重 复 的 轨 迹, 特 别 要 注 意, 一 个 吸 附 性 好 的 抛 光 模 只 要 稍 加 润 滑 就 能 抛 出 光 滑 的 表 面 并 有 清 晰 的 边 界 本 文 虽 然 没 有 涉 及 到 全 部 环 带 误 差 问 题, 但 是 对 讨 论 基 本 的 环 带 误 差 是 有 帮 助 的 12. 象 散 毫 无 疑 问 象 散 是 精 密 光 学 工 艺 中 操 作 者 面 临 最 辣 手 的 问 题 产 生 象 散 的 原 因 是 多 种 多 样 的, 而 且 大 多 数 情 况 下 一 直 到 检 验 时 才 会 发 现 产 生 的 原 因 包 括 不 恰 当 的 支 撑, 抛 光 模 的 不 对 称 性, 温 度 的 影 响 及 玻 璃 密 度 ( 均 匀 性 ) 的 变 化 玻 璃 的 均 匀 性 包 括 由 于 不 恰 当 的 搅 拌 而 产 生 的 条 纹, 结 石 和 气 泡 支 撑 是 只 要 的 支 撑 表 面 必 须 与 要 求 的 表 面 有 相 同 的 表 面 质 量 支 撑 必 须 稳 定, 切 勿 摇 动, 而 且 要 将 整 个 表 面 支 撑 住, 决 不 允 许 只 支 撑 在 一 些 点 上, 例 如, 支 撑 在 腊 与 沥 青 制 作 的 点 胶 上 这 是 因 为 光 学 上 使 用 的 玻 璃 大 多 具 有 极 好 的 弹 性 布 朗 对 大 于 24in 的 玻 璃 反 射 镜 的 大 量 生 产 作 过 介 绍, 但 没 有 介 绍 过 用 小 沥 青 盘 批 量 生 产 零 件 的 过 程 加 工 过 程 中 的 对 称 性, 要 求 工 具 的 变 化 恒 定, 除 特 殊 情 况 外, 避 免 产 生 不 均 匀 压 力 由 于 加 工, 清 洗 过 程 中 温 度 突 然 变 化 以 及 高 速 抛 光 引 起 的 温 度 效 应 可 能 会 时 使 工 件 产 生 变 形 玻 璃 密 度 不 均 匀, 例 如 玻 璃 各 部 分 的 硬 度 不 同 也 会 使 抛 光 速 度 有 差 别 加 工 高 质 量 表 面 时 必 须 考 虑 上 述 所 有 这 些 因 素 由 于 象 散 有 许 多 复 杂 形 式,, 难 以 用 文 字 或 图 解 来 解 释 它, 而 且 特 别 容 易 与 带 区 起 伏 及 局 部 误 差 相 混 淆, 因 此, 作 如 下 讨 论 对 于 过 程 者 识 别 象 散 也 许 有 所 裨 益 当 然 最 好 的 解 决 办 法 是 防 止 象 散 的 产 生 不 管 球 面 反 射 镜 质 量 如 何 差, 用 目 镜 总 是 检 验 象 散 的 一 种 简 单 的 办 法 目 镜 从 最 佳 焦 点 向 内 或 向 外 离 焦 1/32in 左 右, 如 果 存 在 着 象 散, 则 在 最 佳 焦 点 两 侧 的 衍 射 光 斑 呈 小 的 椭 圆 形 由 这 些 椭 圆 象 及 椭 圆 平 面 的 位 置 可 以 确 定 象 散 一 般 椭 圆 的 两 个 主 轴 互 为 90 0, 但 是 主 轴 可 以 旋 转 到 任 何 方 位 因 此, 可 以 由 衍 射 环 图 样 内 的 两 个 旋 转 平 面 来 确 定 象 散 除 了 装 夹 不 恰 当 或 全 直 径 上 厚 度 太 薄 而 导 致 的 变 形 以 外, 出 现 象 散 的 最 多 形 式 是 一 个 直 径 方 向 上 出 现 一 定 的 圆 柱 形 表 面 装 夹 不 恰 当 或 厚 度 太 薄, 不 是 由 于 加 工 方 法 而 产 生 的, 而 是 由 于 加 工 时 支 撑 工 件 的 方 式 所 造 成 的 特 别 是 采 取 不 均 匀 的 刚 性 支 撑 时, 更 是 如 此 提 供 给 业 余 望 远 镜 制 造 者 已 精 密 退 火 过 的 反 射 镜 毛 坯 的 厚 度 与 直 径 之 比 为 1/6 布 朗 制 作 的 200in 反 射 镜 中 心 用 沉 孔 方 式 以 减 轻 重 量 ( 见 附 录 15) 宇 宙 飞 船 上 in 航 天 望 远 镜 的 反 射 镜 采 用 了 一 种 轻 型 鸡 蛋 壳 结 构, 是 贝 克 型 三 级 系 统 第 166 页

198 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 13. 象 散 的 定 性 与 定 量 分 析 下 面 讨 论 中, 为 了 说 明 问 题, 假 设 在 一 个 直 径 方 向 出 现 圆 柱 形, 并 且 该 直 径 方 向 的 曲 率 半 径 大 于 与 其 成 90 0 直 径 方 向 的 曲 率 半 径 如 上 所 述, 用 目 镜 易 于 检 验 表 面 的 圆 柱 形 变 在 图 26.10a 中 用 c/c 表 示 短 直 径, 而 c 图 中 示 出 了 两 对 光 线 如 果 刀 口 置 于 短 曲 率 半 径 (KE1) 处, 水 平 切 割 时, 在 E 点 看 到 焦 点 图 水 平 面 上 是 长 曲 率 半 径 的 直 径, 当 刀 口 挡 住 第 一 条 光 线 时, 发 射 镜 的 左 边 开 始 阻 挡, 因 而 出 现 暗 的 阴 影 然 后 将 刀 口 切 入 轴 上 光 线, 则 在 c/c 中 心 沿 垂 直 直 径 方 向 出 现 阴 影 带, 然 后 以 垂 直 直 径 方 向 向 两 边 扩 展 并 且 垂 直 平 分 线 向 水 平 直 径 的 两 边 扩 展 适 当 的 切 割 量, 使 焦 点 图 的 左 边 是 暗 的, 中 心 区 域 稍 有 些 光 线, 右 边 是 亮 的 图 26.20f 中, 刀 口 置 于 刀 口 2 位 置, 从 左 向 右 切 割, 焦 点 图 则 相 反, 即 右 边 首 先 出 现 阴 影 等 第 图 象 散 的 效 应 如 果 刀 口 从 右 向 左 切 割, 焦 点 图 又 重 新 反 过 来 图 26.20d 中, 刀 口 置 于 平 均 中 心 c/c 处, 或 最 小 弥 散 圆 处 为 了 将 表 面 整 个 切 割 到, 刀 口 应 该 切 得 更 深 一 些 从 左 向 右 切 割 时, 则 首 先 在 焦 点 图 的 左 边 出 现 横 穿 整 个 发 射 镜 表 面 并 渐 渐 向 右 前 进 的 阴 影, 如 图 26.20c 中 的 箭 头 所 示 当 然, 如 果 刀 口 从 右 向 左 切 割, 阴 影 移 动 的 方 向 则 相 反 再 提 醒 一 下, 具 有 最 大 灵 敏 度 的 方 向 是 在 与 刀 口 平 行 的 方 向, 而 与 切 割 方 向 无 关 因 此 所 讨 论 的 象 散 主 要 涉 及 水 平 直 径 方 向 的 阴 影, 即 与 长 曲 率 半 径 的 直 径 方 向 有 关 短 曲 率 半 径 方 向 的 影 响 很 小 这 儿 讨 论 的 象 散 效 应 是 定 性 的, 只 显 示 了 象 散 的 存 在, 而 不 图 两 次 定 量 测 量 象 散 做 定 量 的 分 析, 否 则 必 须 用 其 它 研 究 办 法 ( 见 图 26.21) 第 167 页

199 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 仍 然 假 设 长 曲 率 半 径 的 直 径 的 垂 直 方 向 首 先 将 刀 口 旋 转 到 垂 直 方 向 切 割 ( 见 图 刀 口 数 及 a 图 和 b 图 ) 轴 向 移 动 刀 口 至 均 匀 的 切 割, 一 般 以 平 均 中 心 c/c 内 作 为 垂 直 直 径 的 零 位, 然 后 在 仪 器 上 作 一 次 读 数 记 录 下 一 步 将 刀 口 旋 转 到 水 平 位 置 并 达 到 最 均 匀 的 切 割 后, 再 一 次 读 数 两 次 读 数 的 差 值 R 近 似 地 等 于 两 个 曲 率 半 径 的 差 值 应 该 记 住, 由 于 切 割 象 散 时 的 位 置 是 不 精 确 的, 所 以 值 也 是 近 似 的, 然 而 实 际 使 用 上 这 已 经 足 够 精 确 了 作 为 例 子 对 平 均 c/c 点 将 R 值 分 成 正 ( 凸 ) 负 ( 凹 ) 数 值 相 等 的 两 部 分, 这 种 假 设 并 非 绝 对 正 确, 但 是 这 种 近 似 性 是 允 许 的 Ast=R 1 (R 1 2 Y 2 ) 1/2 R 2 ~ (R 2 2 Y 2 ) 1/2 ( ) 式 中,Ast 是 两 个 直 径 方 向 上 曲 率 半 径 的 差 值 若 曲 率 半 径 R 等 于 100 in, 反 射 镜 的 半 直 径 为 6 in, R 为 in, 则 R 1 = =99.99 R 2 = = 代 入 后 得 到 h 1 h 2 值,h 1 = , h 2 = , 则 象 散 h 1 - h 2 = in, 或 者 象 散 为 1.36 个 波 长 因 为 是 用 最 短 的 曲 率 半 径 求 得 最 大 h 值, 所 以 取 第 一 个 解 看 上 去 这 个 问 题 很 困 难, 实 际 上 只 要 用 矢 高 公 式 h=h (R 2 Y 2 ) 1/2 就 可 以 了 式 中 h 是 半 口 径 ;y 是 在 球 面 中 心 处 的 深 处 ;R 是 球 面 曲 率 半 径 有 关 这 个 问 题 将 在 以 后 再 讨 论 因 为 象 散 公 式 中 涉 及 到 两 种 形 式 的 曲 率 半 径 ( 对 凹 面 R 1 为 负 值, 对 凸 面 R 2 为 正 值 ), 故 把 公 式 分 为 两 部 分, 独 立 地 解 出 每 种 曲 率 半 径 h 值 这 种 象 散 型 式 并 非 常 见, 一 般 只 有 检 验 具 有 球 面 性 误 差 的 光 学 平 面 时 才 如 此 象 散 是 一 种 与 旋 转 带 区 误 差 有 关 的 局 部 误 差, 因 此 要 分 离 出 象 散 并 定 量 测 定 象 散 的 不 可 能 的 也 可 以 用 目 镜 的 离 焦 来 测 量 象 散 目 镜 从 焦 点 向 两 侧 离 焦 同 样 的 值, 测 量 各 个 椭 圆 图 样 的 主 轴 与 副 轴 的 长 度 由 于 公 式 较 为 复 杂, 这 儿 不 做 讨 论 精 密 光 学 仪 器 中 表 面 的 象 散 ( 卷 曲 面 ) 是 不 允 许 存 在 的 实 际 上 不 必 讨 论 象 散 的 全 部 情 况, 重 要 的 是 在 于 识 别 象 散 的 存 在 刀 口 靠 近 c/c 时, 表 示 象 散 的 阴 影 如 图 所 示 在 任 何 情 况 下 象 散 是 不 对 称 的, 因 而 缺 乏 对 称 性 的 阴 影 图 样 总 是 会 怀 疑 其 是 否 为 象 散 图 象 散 表 面 的 阴 影 图 用 刀 口 检 验 象 散 的 另 一 个 问 题 是 对 比 度 问 题 或 者 用 多 少 切 割 量 问 题 要 遵 循 的 唯 一 规 律 是 当 可 以 清 楚 地 观 察 到 亮 区 及 阴 影 时 即 为 最 佳 切 割 状 态 与 象 散 有 关 的 问 题, 例 如 环 带 不 均 匀 误 差, 目 镜 象 的 判 断, 曲 率 半 径 的 定 量 分 析, 校 正 象 散 的 方 法 及 玻 璃 内 部 的 不 均 匀 ( 条 纹 ) 等 全 部 问 题 都 作 讨 论 则 对 车 间 的 实 际 应 用 而 言 就 太 复 杂 了 但 是 希 望 对 象 散 作 基 本 介 绍, 以 便 的 生 产 实 际 中 起 有 效 的 指 导 作 用 不 要 把 上 述 加 工 过 程 中 的 象 散 缺 陷 与 光 学 设 计 中 的 象 散 相 混 淆 前 者 与 成 象 系 统 中 轴 外 象 点 的 象 差 缺 陷 是 有 差 别 的 用 小 的 非 弹 性 抛 光 模 局 部 修 改 不 规 则 或 不 均 匀 环 带 时 会 产 生 象 散 附 录 15 只 叙 述 了 亨 德 里 克 斯 和 柯 旺 (Cowan) 用 小 抛 光 模 作 局 部 修 磨 的, 即 在 金 属 夹 具 与 沥 青 胶 间 加 了 一 层 薄 的 胶 合 板 已 获 得 轻 度 的 挠 性 加 工 小 反 射 镜 表 面 时, 用 与 其 同 样 大 小 的 抛 光 模, 以 慢 速 及 1/3 动 程 且 不 要 加 压 重 就 可 以 方 便 地 抛 掉 象 散 对 于 大 型 非 球 面 光 学 零 件, 在 三 个 区 域 上 用 弹 簧 构 成 稳 定 的 整 体 式 软 沥 青 抛 光 模 进 行 抛 光 已 获 得 成 功 压 过 夜 ( 在 抛 光 模 上 第 168 页

200 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 用 了 三 快 液 压 垫 ) 的 整 体 式 抛 光 模 可 以 自 动 对 中, 而 且 抛 掉 了 不 规 则 的 环 带, 但 不 破 坏 已 经 校 正 的 状 态 主 轴 比 一 般 标 准 转 速 ( 大 反 射 镜 为 5r/min) 稍 快 些, 而 且 固 紧 的 沥 青 抛 光 模 有 几 英 m 的 偏 心 动 程 稍 运 转 一 段 时 间 后, 就 要 加 抛 光 悬 液 用 轻 质 铝 制 底 模 制 作 沥 青 抛 光 模 时, 沥 青 抛 光 模 表 面 应 有 小 网 格 及 方 格 槽 ( 见 图 23.8) 来 吸 住 抛 光 粉 网 格 表 面 一 旦 压 平, 就 要 重 新 压 制 小 网 格 及 方 格 槽 14. 求 圆 的 矢 高 下 面 讨 论 旋 转 球 面 反 射 镜 的 前 表 面, 对 已 知 半 径 和 直 径 的 球 面 求 球 面 的 深 度 或 高 度 也 即 在 直 径 方 向 放 上 一 把 直 尺, 求 得 直 尺 到 曲 线 最 深 部 分 的 距 离 ( 见 图 26.23) 用 球 径 仪 测 量 球 面 的 深 度, 解 出 凹 面 或 凸 面 h 值 图 矢 高 深 度 h 可 以 用 许 多 方 法 求 h 值, 下 面 介 绍 最 符 合 要 求 的 一 种 方 法 图 中 标 出 y 为 D 的 1/2,c/c 线 为 R 1 Y 与 R 2 间 夹 角 的 平 分 线, 并 在 X 点 构 成 两 个 直 角 一 个 直 角 三 角 形 用 abc 表 示 之, 如 果 弦 边 绕 原 点 O 由 S 旋 转 到 T, 则 a= c+h 已 知 a.c 值, 则 h=a c. c= a 2 +b 2, 若 a=10in, b=3in, 由 电 子 计 算 机 求 得 c= in 更 方 便 的 h 值 的 公 式 为 h =R (R 2 - y 2 ) 1/2 (26 2) 图 计 算 矢 高 的 原 理 图 式 中,R 或 a 是 曲 率 半 径 ;y 为 图 中 的 b 值 曲 率 半 径 为 10in, 半 直 径 y( 见 图 26.24) 为 6 in 时 代 入 上 式 式 (26 2) 可 用 于 凹 面 和 凸 面, 图 说 明 凹 面 反 射 镜 h 值 如 果 已 知 球 面 矢 高 h 值, 则 可 用 下 式 求 得 R 值 R=D 2 --(2h) 2 (26 2) 8 h 式 中, R. D. h 为 图 中 所 示 的 值 15. 求 抛 物 面 h 值 抛 物 面 是 以 前 表 面 为 工 作 面 的 非 球 面, 一 般 的 步 骤 是 首 先 根 据 要 求 的 曲 率 半 径 制 作 一 个 球 面, 然 后 再 把 球 面 变 为 抛 物 面 形 状 可 以 有 三 种 方 法 将 一 个 球 面 变 为 非 球 面 图 中, RS 是 球 面 的 曲 率 半 径,RP 是 抛 物 面 的 曲 率 半 径 图 球 面 与 抛 物 面 的 比 较 1) 从 四 周 边 缘 除 掉 多 余 的 材 料, 使 球 面 顶 点 不 变 如 果 去 掉 中 心 部 分 材 料, 则 抛 物 面 半 径 变 长, 但 由 于 焦 距 变 化 不 大, 故 在 大 多 数 情 况 下 是 允 许 的 然 而 在 新 型 的 多 重 反 射 型 望 远 镜 (MMT) 中 焦 距 的 变 大 却 是 一 个 重 要 的 问 题 M. 肯 特 (kitt) 原 文 误 为 R=D 2 =(2h) 2 /8h ---- 译 者 注 使 用 的 第 一 台 多 重 反 射 型 望 远 镜 由 六 块 抛 物 面 反 射 镜 组 成 为 使 或 象 最 佳, 必 须 考 虑 焦 距 的 变 化, 为 此, 可 以 用 第 二 类 方 法 加 工 这 类 抛 物 面 反 射 镜 2) 第 二 种 方 法 如 图 所 示 抛 物 面 曲 线 与 球 面 曲 线 在 环 带 相 交, 图 中 Rs 为 抛 物 面 半 径 用 这 种 方 法 制 造 的 抛 物 面 焦 距 介 于 第 一 种 与 第 三 种 方 法 之 间, 但 这 种 加 工 抛 物 面 的 方 法 是 困 难 的 因 为 工 件 上 的 环 带 不 加 工 ( 抛 光 ), 因 而 要 修 磨 狭 的 边 缘 环 带 虽 然 这 种 加 第 169 页

201 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 工 方 法 去 除 的 玻 璃 量 最 少, 但 却 是 困 难 的 最 成 功 的 抛 光 模 是 附 录 14 所 介 绍 的 玫 瑰 叶 花 瓣 抛 光 模 3) 第 三 种 方 法 如 图 所 示, 抛 物 面 曲 线 与 球 面 曲 线 在 边 缘 相 交 图 中 Rs 为 球 面 曲 率 半 径 RP 为 抛 物 面 半 径 图 球 面 与 抛 物 面 的 第 二 种 比 较 法 图 球 面 与 抛 物 面 的 第 三 种 比 较 法 这 种 方 法 要 在 环 带 内 除 去 玻 璃 材 料, 加 工 后 的 抛 物 面 焦 距 最 短 大 多 数 操 作 者 欢 喜 用 这 种 方 法, 因 为 不 存 在 边 缘 环 带 问 题, 因 而 易 于 加 工 如 果 焦 距 为 临 界 值, 则 在 确 定 初 始 曲 率 半 径 时 必 须 考 虑 用 第 二 种 方 法 众 所 周 知, 如 第 一 章 所 述, 入 射 角 等 于 反 射 角, 在 三 种 方 法 中 焦 距 近 似 地 等 于 曲 率 半 径 的 1/2 ( 见 图 ) 图 抛 物 面 反 射 镜 的 焦 点 计 算 抛 物 面 h 值 的 近 似 公 式 是 简 单 的 h=y 2 /2R (26 4) 式 中 h 为 抛 物 面 的 深 度 ;y 为 反 射 镜 的 半 直 径 可 以 用 该 公 式 快 速 近 似 计 算 h 值, 因 为 抛 物 面 与 球 面 的 偏 离 量 很 小, 一 般 只 有 千 分 之 几 制 作 抛 物 面 时, 希 望 知 道 由 球 面 变 为 抛 物 面 时 必 须 去 除 多 少 数 量 的 玻 璃, 或 者 由 式 (26 3) 与 式 (26 4) 求 h 值 式 (26 3) 和 (26 4) 组 合 或 式 (26 5) dh=r (R 2 --y 2 ) 1/2 y 2 /2R 或 dh=h 1 --h 2 (26 5) 式 中 d h 为 抛 物 面 与 球 面 的 深 度 差 值 如 果 由 球 面 的 中 心 变 形 来 形 成 抛 物 面, 则 球 面 h 值 比 抛 物 面 h 值 小 这 是 因 为 求 抛 物 面 h 值 公 式 是 根 据 图 所 示 的 抛 物 面 的 变 形 而 求 得 的, 不 是 由 球 面 h 值 相 减 来 得 到 的 15. 带 的 视 差 位 移 进 一 步 讨 论 环 带 以 前, 先 分 析 一 种 重 要 的 象 差, 即 视 差 位 移 图 抛 物 面 h 值 视 差 位 移 的 物 点 的 视 见 位 置 与 实 际 位 置 之 间 的 差 值 利 用 视 差 效 应 来 确 定 环 带 误 差 的 峰 和 谷 的 位 置, 并 计 算 与 真 正 回 转 表 面 之 间 的 偏 离 量 视 差 位 移 效 应 使 视 在 的 高 点 和 低 点 与 实 际 的 高 点 和 低 点 不 同 光 源 与 象 之 间 的 分 离 量, 光 束 的 会 聚 角 及 刀 口 周 围 小 量 的 衍 射 引 起 的 弯 曲 均 要 影 响 视 差 的 大 小 ( 见 图 26.30) 图 中 n 是 光 第 170 页

202 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 源 象 的 分 离 引 起 的 视 差 位 移, 刀 口 四 周 围 光 束 的 弯 曲 是 由 于 衍 射 所 致 由 于 衍 射 的 影 响 处 于 相 对 次 要 的 地 位, 所 以 这 种 影 响 可 以 不 考 虑 图 表 示 了 视 差 的 影 响, 图 b 中 以 W 和 W1 表 示 视 差, 图 a 中 以 x 表 示 视 差 为 了 找 出 环 带 最 高 点 的 位 置, 要 分 析 视 差 的 最 大 直 径, 也 即 水 平 直 径 首 先 从 左 向 右 切 割, 确 定 其 对 比 度 反 向 切 割 时, 尽 可 能 保 持 其 对 比 度 相 同 根 据 要 求 的 对 比 度, 用 一 支 铅 笔 在 表 面 阴 影 的 边 缘 作 上 标 记, 如 b 图 中 以 S 表 示 下 一 步 进 行 反 向 切 割, 切 割 时 刀 口 的 进 入 位 置 要 达 到 与 正 向 切 割 时 具 图 视 差 位 移 n 有 相 同 的 对 比 度, 再 在 阴 影 的 边 缘 作 一 记 号, 如 b 图 中 以 S1 表 示 介 于 S 和 S 1 中 间 的 记 号 即 为 环 带 的 最 高 点,b 图 中 的 以 C 表 示 之 应 特 别 注 意 : 当 刀 口 从 左 向 右 切 割 时, 反 射 镜 左 边 ( 或 切 割 方 向 ) 的 阴 影 向 右 移 动 反 之, 刀 口 从 右 向 左 切 割 时, 反 射 镜 右 边 图 视 差 对 切 割 的 影 响 ( 或 切 割 方 向 ) 的 阴 影 向 左 移 动 在 通 常 情 况 下 呈 旋 转 环 带, 不 需 要 在 直 径 的 两 个 位 置 上 作 记 号, 但 是 要 知 道 对 称 性 图 样 是 相 对 的, 而 且, 如 果 需 要 的 话 还 要 找 出 相 应 位 置 的 最 高 点 再 参 见 图 b 画 出 W 1 环 带 的 轮 廓 刀 口 从 左 向 右 切 割, 阴 影 边 缘 S 2, 然 后 刀 口 从 右 向 左 切 割, 阴 影 边 缘 S 3, 则 最 高 点 C 1 点 阴 影 随 切 割 方 向 而 移 动 总 的 说 来, 这 些 方 法 适 用 于 单 一 前 表 面 的 反 射 镜 对 于 多 次 反 射 和 透 射 的 情 况, 阴 影 或 亮 区 的 位 置 则 有 所 不 同 但 是, 用 上 述 所 介 绍 的 方 法 可 以 找 出 最 高 点 或 最 低 点, 再 根 据 经 验 可 以 解 决 所 有 的 问 题 因 为 不 同 情 况 下 视 差 是 不 一 样 的, 重 要 的 在 于 知 道 它 的 存 在 直 径 12in 的 反 射 镜, 单 向 切 割 时 月.0.5in 的 位 移, 或 者 在 两 个 方 向 切 割 时 总 的 位 移 为 1.0in 亦 不 罕 见 这 是 焦 点 图 的 定 性 分 析, 附 录 14 叙 述 了 罗 契 图 的 应 用, 并 说 明 了 共 轴 检 验 时, 用 焦 点 图 与 罗 契 图 的 相 互 变 换 可 以 消 除 视 差 位 移 用 刀 口 焦 点 图 变 为 罗 契 图 需 要 一 块 大 的 狭 缝 和 小 的 罗 契 图 光 栅 用 一 块 相 当 粗 但 80e/in 的 小 光 栅 可 由 眼 睛 观 察 到 罗 契 图 并 应 用 软 铅 笔 在 坡 度 变 化 的 最 高 点 作 上 记 号 另 外 一 种 方 法 是 用 单 丝 或 双 丝 测 试 法 在 刀 口 狭 缝 上 放 一 根 单 丝 ( 用 一 根 头 发 丝 ), 然 后 在 任 一 环 带 位 置 观 察 弯 曲 的 罗 契 线, 就 可 以 显 示 视 差 位 移 ( 见 第 二 十 八 章 ) 16. 带 差 的 测 量 只 有 表 面 满 足 下 列 条 件 时 才 能 定 量 地 测 量 环 带 差 平 均 中 心 是 球 面 的 中 心, 环 带 的 过 渡 区 必 须 由 球 面 光 滑 地 变 化 而 或 不 存 在 深 的 凹 槽 和 高 峰 状 的 突 变 环 带 差 定 量 测 量 时 应 利 用 讨 论 视 差 时 所 述 的 方 法 仔 细 地 找 出 环 带 区 的 最 高 点, 最 低 点 及 环 带 宽 度, 环 带 的 宽 度 是 计 算 环 带 误 差 第 171 页

203 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 的 一 个 重 要 因 素 图 表 示 了 三 种 不 同 形 式 的 环 带 差, 表 示 过 渡 区 环 带 差 及 不 旋 转 对 称 的 环 带 差 检 验 环 带 差 A 和 B 是 困 难 的 或 者 是 不 可 能 的, 而 C 处 的 环 带 差 应 该 是 标 准 的, 这 种 环 带 差 可 能 是 塌 边 或 翘 边 引 起 中 间 带 是 低 带, 高 带 或 凹 陷 的 环 带 差 环 带 差 的 计 算 公 式 为 Δh=(yΔR/R 2 ) (W) (26 6) 对 单 个 反 射 镜,Δh 是 环 带 相 对 球 面 的 偏 离 量 ;ΔR 是 环 带 光 线 与 光 轴 的 交 点 与 平 均 球 心 c/c 之 间 的 差 值 ;y 是 轴 到 边 缘 的 距 离 ; 图 表 面 的 环 带 差 W 是 环 带 的 宽 度 17. 塌 边 作 为 例 子 来 分 析 图 塌 边 的 情 况, 球 面 直 径 为 16in; 曲 率 半 径 为 100in 下 面 的 讨 论 均 用 上 述 这 些 常 数 假 设 塌 边 是 旋 转 对 称 环 带 差, 已 用 刀 口 找 到 了 最 高 点 并 用 y 表 示 之 对 W 或 0.2in 的 环 带 宽 度 作 了 5 次 测 量, 其 算 术 平 均 值 为 ΔR 图 塌 边 的 环 带 差 现 在 考 虑 误 差 值 Δh, Δh = yδr/2r 2 (W), 用 in( 波 长 值 ) 除 以 in 求 得 该 环 带 有 1.14 个 波 长 的 坡 度 误 差 18. 中 间 环 带 差 图 表 示 一 段 中 间 环 带, y 1.W 1 和 ΔR 是 测 量 处 该 环 带 差 由 两 部 分 组 成, 因 此 需 要 计 算 旋 转 环 带 差 的 两 个 半 部 对 该 环 带 的 分 析 表 明, 如 果 用 W 1 表 示 的 表 面 比 球 面 更 凹, 则 另 一 侧 用 W 2 B 表 示 的 比 欲 达 到 的 图 中 间 环 带 差 球 面 具 有 更 大 的 坡 度 因 此, 两 部 分 均 要 计 算, 然 后 取 这 两 部 分 的 算 术 平 均 值 Δ h =(y 1 ΔR 1 )/R 2 (W 1 )+(y 2 ΔR 2 )/R 2 (W 2 ) (26 6) 式 中,y 1 为 4in;R 为 100in;W 1 为 1. 5in;y 2 为 5.5in;W 2 为 -0.02in;ΔR 1.ΔR 2 取 5 次 测 量 的 平 均 值 ΔR=(y 1 ΔR 1W 1 /R 2 +Y 2 ΔR 2 W 2 /R 2 )/2 则 总 的 变 化 受 in, 也 即 该 环 带 的 误 差 为 0.78 个 波 长 19. 中 心 高 或 低 第 172 页

204 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 中 心 区 域 产 生 环 带 差 时, 则 y 和 w 的 测 量 值 完 全 不 同 ( 见 图 26.35) 这 是 图 中 心 高 的 环 带 差 y 是 光 轴 到 环 带 边 缘 的 距 离 ;W 是 环 带 边 缘 到 光 轴 的 距 离 适 用 于 高. 低 区 的 公 式 为 Δ h=(yδr/r 2 ) (W/2) (26 7 ) 式 中,y 为 4in. 将 这 些 数 值 代 入, 然 后 计 算 求 得 Δh 为 in 大 约 受.04 个 波 长 用 同 样 的 方 法 计 算 中 心 低 的 带 区 差 20. 焦 外 刀 口 检 验 焦 外 或 曲 率 中 心 内 的 检 验 ( 罗 契 法 ) 是 刀 口 检 验 的 一 个 重 要 方 面 这 种 刀 口 检 验 法 的 应 用 类 似 于 罗 契 检 验 刀 口 形 成 的 单 边 图 样 类 似 于 罗 契 图 样, 它 对 环 带 差 的 起 伏 是 灵 敏 的, 但 是 不 能 作 定 量 测 量 如 果 在 平 均 曲 率 中 心 c/c 处 将 刀 口 检 验 法 与 目 镜 检 验 法 联 系 起 来, 则 可 以 获 得 有 用 的 数 据 刀 口 在 平 均 球 心 点 c/c 内 侧 切 割 时 观 察 到 的 塌 边 现 象 为 第 一 种 情 况 ( 见 图 26.36) 下 面 仅 考 虑 焦 内 切 割 情 况 ; 刀 口 置 于 中 心 带 区 c/c 点 内 侧 约 0.125in 处, 图 中 的 阴 影 边 缘 表 示 了 单 丝 以 不 同 的 程 度 来 切 割 中 间 带 区 整 个 反 射 镜 出 现 阴 影 时, 由 于 塌 边 的 影 响,F 处 焦 点 图 在 垂 直 平 面 内 出 现 稍 凹 的 图 形 切 割 量 增 加 到 y 时 阴 影 的 中 心 区 域 朝 中 心 线 弯 曲 因 为 塌 边 是 弯 向 中 心 线 的 曲 线, 因 而 实 际 上 塌 边 深 度 焦 点 图 是 曲 线 而 不 是 直 线, 在 F 处 阴 影 边 缘 是 凹 的, 当 面 向 反 射 镜 从 左 向 右 切 割 时, 该 区 域 的 光 线 向 左 边 反 射 然 而, 当 阴 影 进 入 球 面 区 域 时, 因 为 光 线 会 聚 于 一 点 而 且 又 均 匀 地 分 布 于 切 割 区 域 上 ( 见 图 26.36C), 故 边 缘 图 刀 口 置 于 曲 率 中 心 内 时 观 察 到 的 塌 边 现 象 就 变 为 直 线 如 果 继 续 进 行 切 割, 直 到 阴 影 边 缘 超 过 垂 直 线 后, 阴 影 末 端 则 反 向 垂 直 线, 如 图 中.k 所 示 如 果 阴 影 I 和 I是 实 线, 则 它 们 就 形 成 这 种 环 带 形 式 罗 契 检 验 的 特 征 阴 影 图 21.1 翘 边 边 缘 的 翘 边 形 成 情 况 与 上 述 图 刀 口 c/c 内 时 观 察 到 的 翘 边 现 象 相 反 图 的 F 处 产 生 阴 影 时, 首 先 出 现 的 阴 影 稍 为 有 些 凸, 或 者 的 阴 影 进 入 到 球 面 区 域 以 前, 水 平 直 径 方 向 的 焦 点 图 弯 向 于 垂 直 线 的 球 面 区 域 内 阴 影 为 直 线 在 图 26.37y.h 和 j 位 置 上, 带 区 的 阴 影 背 向 于 中 心 线 弯 曲 阴 影 过 中 心 线 后,i.k 处 第 173 页

205 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 出 现 阴 影 如 果 i.j 区 域 出 现 阴 图 刀 口 c/c 之 内 观 察 中 心 低 带 差 时 的 现 象 影, 则 为 翘 边 罗 契 图 样 的 特 征 阴 影 图 必 须 记 住, 环 带 误 差 的 大 小 决 定 了 阴 影 变 化 的 大 小 如 果 环 带 误 差 我 几 条 条 纹, 则 阴 影 的 变 化 明 显 环 带 误 差 缩 小 时, 阴 影 的 变 化 也 跟 着 减 小 21.2 中 心 低 中 心 低 而 外 边 缘 为 旋 转 球 面, 则 的 阴 影 进 入 到 误 差 区 域 前, 阴 影 的 边 缘 是 直 线 ( 见 图 26.38) 当 然, 阴 影 通 过 中 心 线 以 后, 阴 影 线 将 以 相 反 方 向 弯 曲 i 和 j 是 阴 影, 则 形 成 中 心 低 的 罗 契 图 形 的 特 征 图 样 21.3 中 心 高 自 然 中 心 高 与 中 心 低 是 图 刀 口 在 c/c 之 内 观 察 中 心 高 带 差 时 的 现 象 相 反 的, 在 球 面 环 带 区 域 内, 由 y 到 j, 阴 影 为 直 线 ( 见 图 26.39) 如 果 i 和 j 区 域 存 在 阴 影, 则 为 中 心 高 的 罗 契 图 样 前 面 讨 论 环 带 象 差 的 例 子, 说 明 直 边 形 成 阴 影 时 环 带 误 差 对 边 缘 形 状 的 影 响 用 直 边 切 割 由 旋 转 球 面 反 射 的 光 线, 从 而 可 找 到 环 带 误 差 位 置 当 刀 口 置 于 平 均 中 心 点 c/c 时, 也 可 以 用 阴 影 来 论 证 许 多 情 况 虽 然 的 前 述 例 子 中 讨 论 单 个 环 带 的 情 况, 但 两 个 或 多 个 环 带 差 同 时 存 在 时, 上 述 的 讨 论 是 有 效 的 用 阴 影 的 形 状 来 确 定 坡 度 变 化 的 分 析 方 法 对 所 有 情 况 都 是 适 用 的 几 个 环 带 差 同 时 存 在 时, 阴 影 可 能 变 得 复 杂 当 然, 精 密 加 工 中 必 须 消 除 严 重 的 误 差 阴 影 图 的 价 值 在 于 分 离 出 环 带 误 差, 以 便 作 局 部 修 磨 或 估 测 出 环 带 的 位 置 应 该 提 醒 一 下, 当 用 刀 口 在 平 均 曲 率 中 心 处 切 割 时, 这 种 情 况 下 的 阴 影 检 验 对 有 象 散 的 表 面 是 不 灵 敏 的 用 刀 口 刃 边 作 罗 契 检 验 时, 并 不 能 认 为 是 一 种 真 正 的 罗 契 检 验, 因 为 它 只 采 用 了 一 条 线 如 前 所 述, 在 扩 展 狭 缝 光 源 上 只 要 放 一 块 光 栅, 则 刀 口 仪 可 以 作 为 罗 契 检 验 仪 附 路 12 和 附 录 14 叙 述 了 单 个 带 差 和 两 个 带 差 存 在 时 的 罗 契 图 22. 非 球 面 或 园 锥 面 经 常 使 用 的 旋 转 非 球 面 是 抛 物 面 下 面 讨 论 检 验 这 种 表 面 时 应 该 考 虑 的 一 些 问 题 前 面 几 章 中 已 叙 述 了 旋 转 抛 物 面 及 大 多 数 操 作 者 更 欢 喜 使 用 的 变 形 球 面 中 心 区 域 形 成 抛 物 面 的 工 作 方 法 以 此 为 基 础, 评 述 抛 物 面 的 检 验 确 定 抛 物 面 质 量 有 几 种 方 法 例 如 零 位 平 板 检 验 法 ; 在 平 均 曲 率 中 心 或 者 表 面 曲 率 中 心 处 放 一 块 平 凸 透 镜 的 零 位 检 验 法 (Dall); 用 目 镜 的 星 点 检 验 法 一 直 到 傅 科 发 明 刀 口 检 验 以 前, 夏 普 牛 顿 和 其 他 科 学 家 均 用 上 述 四 种 方 法 中 的 目 镜 检 验 法 或 用 检 验 非 球 面 象 质 的 方 法 星 光 是 发 射 出 平 行 光 束 的 光 源, 可 以 用 目 镜 检 验 象 质, 但 这 并 不 是 一 种 高 质 量 的 满 意 的 方 法 因 为 目 镜 主 要 用 作 切 割 和 校 准, 因 而, 专 家 们 提 出 了 一 种 焦 内 焦 外 检 验 影 象 的 精 确 方 法 如 果 反 射 镜 的 焦 内 焦 外 园 环 是 相 同 的, 则 该 透 镜 系 统 的 校 正 是 良 好 的 参 阅 D. 马 拉 卡 拉 主 编 的 光 学 车 间 检 验 (Ed.Wiley,New York,1978), 威 尔 福 著 的 关 于 干 涉 检 验 刀 口 检 验 和 单 丝 检 验 的 单 节 随 着 刀 口 检 验 的 出 现, 检 验 情 况 有 了 很 大 的 进 展 克 拉 克 首 先 使 用 零 位 平 板 检 验, 而 德 雷 珀 及 菲 佐 可 能 相 形 见 拙 当 然, 前 者 需 要 一 块 高 质 量 的 光 学 平 板 以 形 成 平 行 光 束, 但 却 是 确 第 174 页

206 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 定 表 面 质 量 的 最 简 单 的 方 法 之 一, 而 且 在 平 均 球 面 中 心 c/c 处 同 样 可 以 简 单 地 测 量 球 形 表 面 检 验 抛 物 面 与 检 验 球 面 的 差 别 在 于 检 验 抛 物 面 时 是 在 焦 点 处 进 行 测 量 的 23. 零 位 检 验 的 牛 顿 法 在 图 中 S 为 刀 口 ;I 为 象 ;D 为 反 射 平 面 ;A 为 抛 物 面 ;B 为 平 面 从 光 源 出 射 的 光 线 经 D A 到 达 B 由 B 平 面 反 射 的 光 线 从 相 同 的 光 路 聚 焦 于 I P 处 的 虚 线 表 示 制 成 抛 物 面 前 的 球 面 制 成 抛 物 面 以 后 的 表 面 与 球 心 在 c/c 的 球 面 具 有 同 样 的 平 滑 情 况 反 射 镜 产 生 的 无 光 死 区 是 不 重 要 的, 因 为 在 光 学 系 统 中 通 常 不 采 用 它 0 45 反 射 镜 D 使 光 源 与 刀 口 置 于 抛 物 面 与 平 面 间 的 光 路 之 外 ( 见 图 26.40) 因 为 光 源 在 光 路 中 会 产 生 扰 动, 所 以 这 样 布 置 就 很 为 必 要 图 零 位 检 验 的 牛 顿 法 用 星 点 光 源 取 代 平 面 反 射 镜, 则 成 为 标 准 的 牛 顿 望 远 镜 应 该 强 调 一 下, 在 自 准 直 光 学 检 验 中, 用 刀 口 检 验 可 以 得 到 扁 球 形 焦 点 图 ( 见 附 录 14.2), 图 A14.2 为 罗 契 图 在 图 装 置 中 应 考 虑 二 点 : 第 一, 在 45 0 反 射 镜 后 面 应 放 一 块 直 径 比 它 大 三 倍 以 上 的 光 学 平 板, 否 则 在 曲 率 中 心 观 察 不 到 自 准 直 象 ( 见 图 25.8b) 第 二, 保 持 反 射 光 源 与 反 射 镜 中 心 精 确 同 心, 否 则 会 观 察 到 象 散 焦 点 图 24. 卡 塞 格 林 的 零 位 检 验 法 通 过 主 镜 中 的 孔 可 以 检 验 卡 塞 格 林 装 置 中 的 抛 物 面 ( 见 图 26.41) 在 这 种 情 况 下, 平 面 反 射 镜 既 作 为 由 光 源 发 出 的 发 散 光 束 的 反 射 器 又 作 为 平 行 光 束 的 反 射 器 如 图 所 示, 光 源 原 点 S 经 B 反 射 投 射 于 A, 然 后 再 返 回 到 B 并 以 同 样 的 光 路 返 回 到 I 这 实 际 上 是 图 卡 塞 格 林 的 零 位 检 验 法 一 种 双 叠 光 路 的 反 射 系 统 由 切 割 面 形 来 验 证 抛 物 面 的 表 面 质 量, 该 方 法 的 优 点 是 仪 器 结 构 紧 凑 如 果 反 射 镜 未 修 磨 好, 则 刀 口 焦 点 图 将 呈 扁 球 形 ( 见 附 录 14) 25. 第 三 种 零 位 平 面 检 验 法 检 验 抛 物 面 的 另 一 种 装 置 如 图 所 示, 平 面 反 射 镜 中 心 有 一 个 孔, 形 成 另 一 种 型 第 175 页

207 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 式 的 卡 塞 格 林 系 统 图 第 三 种 零 位 平 面 检 验 法 平 面 反 射 镜 蹭 的 孔 作 为 光 线 的 通 光 孔 必 须 足 够 大, 这 种 装 置 也 很 紧 凑 平 面 反 射 镜 的 中 心 孔 使 抛 物 面 中 心 存 在 一 个 不 可 能 被 检 测 的 死 区, 但 是 在 抛 物 面 中 心, 如 果 孔 太 大 会 引 起 表 面 变 形, 因 此 在 表 面 中 心 区 仍 然 有 质 量 要 求 用 上 述 方 法 之 一 可 获 得 最 高 的 精 度, 但 需 提 供 高 质 量 的 平 面 如 果 抛 物 面 的 相 对 孔 径 等 于 或 高 于 f/3, 则 可 以 用 戴 尔 零 位 检 验 法 用 一 块 平 凸 透 镜 和 置 于 一 定 距 离 的 红 色 滤 光 片 组 成 检 验 装 置 这 种 检 验 方 法 在 纽 约 Scientific American 出 版 社 1953 年 出 版 的 Amateuw Telescope Making 第 三 册 p149 有 详 细 叙 述 这 本 书 是 再 版 的, 书 中 载 入 有 经 验 的 业 余 望 远 镜 设 计 者 及 光 学 家, 如 詹 姆 斯 G. 贝 克 和 D. 亨 德 里 克 斯 的 有 关 文 章 记 住 第 二 十 四 章 所 述 注 意 点, 必 须 使 刀 口 与 光 源 靠 近, 以 防 产 生 轴 外 象 散 26. 离 轴 抛 物 面 的 零 位 检 验 检 验 离 轴 抛 物 面 的 呼 声 逐 渐 强 烈, 刀 口 检 验 是 测 量 表 面 质 量 的 最 实 用 方 法 现 简 要 叙 述 如 下 图 说 明 其 原 理, 刀 口 置 于 A; 球 面 的 轴 外 焦 点 用 虚 线 表 示 ;D 为 偏 心 角 的 平 分 线 ;E 为 偏 心 角 位 于 偏 心 轴 上 的 平 面 反 射 镜 使 从 B 出 发 的 光 线 法 向 入 射 于 平 面 反 射 镜 图 离 轴 抛 物 面 的 零 位 检 验 箭 头 表 示 光 路 走 向, 虽 然 仅 表 示 出 了 一 半 光 路, 但 可 以 将 光 线 折 回 系 统, 完 成 整 个 光 路 再 用 刀 口 对 面 形 作 光 滑 的 切 割 检 验, 得 到 一 块 好 的 离 轴 抛 物 面 镜 检 验 时 应 考 虑 一 些 关 键 的 要 求, 但 是, 首 先 要 确 定 变 形 的 性 质 采 用 旋 转 对 称 的 变 形 把 一 个 球 面 转 变 为 旋 转 抛 物 面, 但 是 在 制 造 离 轴 抛 物 面 时, 则 破 坏 了 表 面 的 对 称 性 表 面 顶 点 的 移 动 量 取 决 于 偏 心 量, 顶 点 从 球 面 中 心 移 到 偏 心 图 离 轴 抛 物 面 零 位 检 验 中 用 球 面 的 检 测 结 果 平 面 内 偏 心 方 向 的 另 一 侧 开 始 修 磨 以 前 如 图 所 示,z 表 示 球 面 ;x 处 的 虚 线 表 示 用 刀 口 校 正 以 前 的 球 面 ;y 近 似 地 表 示 表 面 加 工 后 的 形 状, 当 然 这 是 大 为 夸 张 的 画 法 图 26.44B 的 焦 点 图 类 似 于 离 轴 的 特 殊 表 面 当 观 察 者 面 对 反 射 镜 从 左 向 右 切 割 时, 阴 影 区 域 表 示 为 中 心 高, 并 表 现 阴 影 延 伸 到 垂 直 中 心 线 的 右 边, 系 统 中 因 失 对 称 而 使 表 面 顶 点 移 位 很 明 显, 这 种 形 式 的 变 形, 使 完 工 后 的 表 面 不 可 能 成 为 一 个 旋 转 的 回 转 表 面 因 而, 重 要 的 是 检 验 时, 反 射 镜 必 须 精 确 地 放 到 原 来 的 位 置 与 方 位 上, 为 此 反 射 镜 四 周 应 做 上 固 定 的 不 同 记 号, 并 使 反 射 镜 精 确 地 定 位 于 指 针 的 镜 座 里 第 176 页

208 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 出 现 如 图 26.44B 所 示 焦 点 阴 影 图 的 形 状 仅 表 示 存 在 着 变 形 对 比 的 高 低 取 决 于 镜 面 的 f 数 及 偏 心 量 最 显 著 的 特 点 是 其 中 心 明 显 地 高 出, 而 且 顶 点 稍 偏 向 于 垂 直 平 分 线 的 一 侧 同 时 也 必 须 注 意 观 察 焦 点 两 边 的 罗 契 图 第 二 个 重 要 的 问 题 是 确 定 应 该 去 除 多 少 材 料 因 为 不 能 用 回 转 表 面 形 成 离 轴 变 形, 而 是 必 须 用 小 尺 寸 的 工 具 来 修 磨 并 通 过 检 验 确 定 应 在 什 么 地 方 修 磨 可 以 设 计 一 种 加 工 这 类 表 面 的 机 床, 但 是 太 花 费 时 间, 因 此 并 不 合 算 阿 里 桑 那 光 学 科 学 中 心 已 对 此 作 了 一 些 改 进, 但 是 很 少 有 报 导 在 此 叙 述 的 是 一 块 直 径 大 于 10 英 寸 的 反 射 镜, 更 小 直 径 的 离 轴 抛 物 面 反 射 镜 通 常 是 从 一 块 大 直 径 抛 物 面 反 射 镜 上 套 钻 下 来 的 27. 在 曲 率 中 心 检 验 抛 物 面 化 的 程 度 用 这 种 方 法 检 验 抛 物 面 有 许 多 优 点 与 缺 点 优 点 是 : 不 需 要 优 质 的 平 面, 也 不 需 要 每 次 进 行 反 射 镜 的 对 准 而 且 又 不 受 尺 寸 的 限 制 缺 点 是 : 检 验 表 面 时 要 用 小 孔 径 环 带 光 栏, 而 且 要 用 一 块 可 以 同 时 观 察 整 个 表 面 的 模 板 用 等 比 法 来 确 定 各 个 环 带 的 曲 率 中 心 时 需 要 操 作 者 有 一 定 的 技 巧, 结 果 处 理 时 涉 及 到 一 些 数 学 问 题 但 是, 用 这 种 检 验 法 的 花 费 小 于 制 作 一 块 1/20 波 长 的 光 学 平 板 用 这 种 方 法 检 验 的 抛 物 面, 其 质 量 表 面 大 多 数 可 以 满 足 要 求 检 验 过 程 中, 根 据 第 十 四 章 所 述 方 法 使 抛 物 面 与 球 面 边 缘 相 交 ( 见 图 26.25), 再 将 球 面 变 形 为 抛 物 面 边 缘 环 带 是 重 要 的, 因 为 边 缘 狭 带 是 加 工 抛 物 面 的 参 考 环 带 如 果 中 心 区 有 0.6 环 带 差, 则 用 星 形 线 延 伸 到 边 缘 的 星 形 沥 青 抛 光 模 ( 参 阅 附 录 14) 但 是 使 边 缘 环 带 有 精 确 的 曲 率 半 径 消 象 散 而 且 没 有 塌 边 这 种 制 作 抛 物 面 的 方 法 并 不 会 使 焦 距 缩 短 将 一 块 1/16 英 寸 厚 的 足 够 大 的 卡 纸 或 硬 纸 板 制 成 一 块 卡 板 硬 纸 板 的 园 盘 尺 寸 与 反 射 镜 的 直 径 要 一 致 如 果 抛 物 面 有 深 度 弯 曲, 则 必 须 用 水 将 硬 纸 板 浸 透, 然 后 弯 成 反 射 镜 的 曲 率, 最 后 再 放 在 反 射 镜 上 下 一 步 是 将 全 直 径 磨 模 放 在 硬 纸 板 上, 使 之 干 燥 两 边 滴 上 虫 胶, 并 涂 上 两 层 烟 黑, 使 凹 面 有 合 理 涂 料, 以 使 硬 纸 板 的 形 状 保 持 不 变 然 后 把 园 盘 剪 成 反 射 镜 的 大 小 准 备 开 孔, 孔 的 大 小 取 决 于 曲 率 半 径 如 果 曲 率 半 径 大 于 英 寸, 而 孔 的 直 径 小 于 0.5 英 寸, 则 是 不 恰 当 的 因 为 衍 射 效 应 限 制 了 有 效 孔 径 的 大 小 曲 率 半 径 为 英 寸 时, 孔 直 径 为 0.75 英 寸 曲 率 半 径 大 于 120 英 寸 时, 孔 直 径 近 似 地 等 于 曲 率 半 径 除 以 225 例 如, 半 径 是 300 英 寸 时, 开 孔 为 300/225=1.3 英 寸 并 不 是 一 定 需 要 这 样 大 小 的 孔, 对 有 经 验 的 观 察 者, 可 以 采 用 1 英 寸 大 小 的 孔 径 图 为 标 准 模 板 的 设 计 根 据 孔 径 间 隔 及 同 心 度 的 相 对 尺 寸, 尽 可 能 精 确 设 计 可 以 用 锋 利 木 钻 将 背 面 衬 上 光 滑 松 木 板 的 硬 纸 板 作 成 孔 图 抛 物 面 c/c 检 验 的 模 板 径 板, 孔 钻 出 后, 边 缘 应 涂 黑 图 中 的 D 为 反 射 镜 直 径 安 装 模 板 时, 必 须 与 光 轴 同 心, 并 与 反 射 镜 的 表 面 接 触 决 不 允 许 脱 开 孔 间 距 应 使 孔 边 缘 之 间 相 距 英 寸 第 177 页

209 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 如 果 要 求 的 表 面 质 量 很 高, 则 用 两 块 模 板, 第 二 块 模 板 孔 中 心 距 为 第 一 块 模 板 孔 中 心 距 的 一 半 图 示 出 了 水 平 直 径 方 向 上 的 开 孔 为 了 减 少 观 察 者 的 视 觉 疲 劳, 应 在 最 小 变 形 的 直 径 方 向 进 行 测 量 由 于 玻 璃 的 不 稳 定 或 不 恰 当 的 支 撑 而 产 生 变 形 时, 一 般 在 垂 直 直 径 方 向 上 影 响 最 大 而 水 平 直 径 方 向 上 的 影 响 最 小 在 可 翻 转 的 机 床 上 作 立 式 检 验 时, 大 反 射 镜 支 撑 在 反 射 镜 四 周 围 的 一 条 宽 度 为 反 射 镜 园 柱 宽 度 一 半 的 钢 带 上 ( 见 图 2.29) 实 际 上, 制 作 大 反 射 镜 时, 采 用 垂 直 检 验 塔 将 反 射 镜 与 支 撑 望 远 镜 座 的 托 架 连 接 在 一 起, 有 关 镜 座 托 架 参 见 附 录 环 带 偏 差 的 计 算 图 表 示 位 于 纸 平 面 上 模 板 的 水 平 截 面, 模 板 放 在 反 射 镜 前 面, 图 上 的 间 隔 是 夸 大 了 的 用 Rs 表 示 抛 物 面, 球 面 上 所 有 环 带 的 R 是 相 同 的, 不 应 该 有 变 化 图 所 示 的 光 锥 只 表 示 出 反 射 镜 的 一 半, 并 标 志 出 检 验 抛 物 面 的 5 个 环 带 孔 (1-5) Rs 是 光 线 与 光 轴 的 交 点 位 置 的 变 化 量 用 y1 y 2 y 5 表 示 模 板 上 环 带 仅 一 边 的 测 量 值,( 图 仅 表 示 出 一 边 ), 例 如 y 5 和 y 5 形 成 一 对, 以 后 再 来 说 明 其 测 量 方 法 用 Rs 测 量 值 度 量 反 射 镜 表 面 在 该 点 上 的 斜 率 变 化 由 于 表 面 的 起 伏 使 反 射 光 线 交 在 c/c 处 及 其 附 近 ( 见 图 26.47) 参 见 第 14 节 图 26.28, 该 图 表 示 了 理 想 的 表 面 其 所 有 反 射 光 线 交 于 曲 率 中 心 一 点 我 们 也 要 学 会 从 最 边 缘 ( 参 考 带 ) 着 手 磨 制 抛 物 面, 并 用 所 谓 曲 率 中 心 检 验 法 来 检 验 抛 物 面 29. 模 板 的 应 用 及 h 值 的 计 算 ( 见 图 26.46) 1.) 位 于 反 射 镜 前 面 的 模 板 将 反 射 面 分 割 为 许 多 园 形 环 带 对 理 想 的 抛 物 面, 由 y 点 的 计 算 值 来 确 定 锥 光 束 与 轴 的 交 点 如 果 抛 物 面 不 完 善, 则 用 计 算 值 与 理 论 值 的 差 别 来 表 示 表 面 误 差, Rs 求 和 后, 以 波 长 为 单 位 作 出 表 面 误 差 图 大 多 数 业 余 望 远 镜 制 造 者 害 怕 用 数 学 术 语, 实 际 上 只 要 将 最 后 数 据 表 格 中 的 最 后 两 行 交 叉 后 代 数 相 加 即 可 下 图 确 定 反 射 镜 的 环 带 偏 差 模 板 图 反 射 镜 面 的 环 带 误 差 图 反 射 镜 5 个 环 带 的 R 值 第 178 页

210 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 面 会 作 更 详 细 的 说 明 2) 假 设 反 射 镜 直 径 为 12 英 寸, 曲 率 半 径 120 英 寸, 抛 物 面 焦 距 60 英 寸, 反 射 镜 是 理 想 的 球 面 模 板 上 有 十 个 1 英 寸 的 园 孔, 每 个 孔 的 边 缘 之 间 相 隔 为 英 寸, 则 孔 的 中 心 和 抛 物 面 的 计 算 值 如 表 26.1 所 示 表 26.1 第 一 步 操 作 ( 英 寸 ) 环 带 第 4 列 是 第 2 3 列 之 差 值, 第 6 列 是 第 4 5 列 之 差 值 第 5 列 为 抛 物 面 纵 坐 标 的 计 算 值 第 6 列 是 R 测 量 值 3) 用 前 述 式 (26-4) 求 矢 高 或 沿 反 射 镜 光 轴 方 向 抛 物 面 中 心 的 h 值 抛 物 面 公 式 (26-5) 为 : 用 刀 口 与 光 源 一 起 移 动 或 光 源 固 定, 刀 口 移 动 的 方 式 来 测 量 环 带 偏 差 h=y 2 /R (26-6) 式 中 h 是 抛 物 面 值 ;R 为 曲 率 半 径 注 意 抛 物 面 的 h 为 式 (26-5) 中 h 的 两 倍 用 式 (26-5) 时,y 是 光 轴 到 模 板 孔 中 心 的 距 离 当 R 为 120 英 寸 时,y 的 测 量 值 列 表 表 ) 现 将 抛 物 面 的 纵 传 标 值 列 于 表 26.1, 通 过 计 算 求 模 板 开 孔 (1 英 寸 ) 处 的 斜 率 用 白 墨 水 在 模 板 开 孔 下 面 记 下 每 次 抛 物 面 纵 坐 标 的 计 算 值 ( 见 图 26.48) 5) 图 中, 曲 率 中 心 处 刀 口 对 边 缘 环 带 或 y5(0.126in) 带 的 移 动 量 为 h, 它 是 一 个 逐 渐 减 少 的 量 ( 每 个 环 带 间 的 真 正 差 别 ) 若 以 y5 环 带 为 参 考 带, 则 所 有 的 测 量 值 以 它 为 基 准 例 如, 假 设 刀 口 在 y5 环 带 的 曲 率 中 心 处, 则 到 y4 环 带 的 交 点, 刀 口 应 向 反 射 镜 移 动 多 少 距 离 呢? 该 量 应 该 等 于 = 英 寸 h4 到 h3 环 带 刀 口 应 向 反 射 镜 移 动 英 寸 或 者 大 约 为 1/8 英 寸 在 此 必 须 指 出, 外 环 带 的 测 量 值 必 须 十 分 精 确, 否 则 因 中 心 环 带 的 会 聚 角 变 小 使 中 心 环 带 测 量 值 变 小, 从 边 缘 到 中 心 的 环 带 y5 误 差 减 小, 从 而 测 量 误 差 增 大 相 反, 由 于 近 轴 带 区 ( 中 心 ) 不 存 在 误 差, 也 使 边 缘 带 区 的 误 差 超 差 实 际 上, 中 心 带 区 英 寸 的 误 差 是 许 可 的 6) 最 后 用 方 程 (26-7) 计 算 斜 率 如 果 误 差 有 正 负, 则 种 种 误 差 相 加 时, 可 以 彼 此 相 消 除 非 小 孔 的 大 小 是 1 英 寸, 否 则 必 须 将 R 差 值 变 换 为 各 个 小 孔 直 径 上 的 斜 率 误 差 斜 率 误 差 与 三 个 因 素 有 关 : (a) 制 作 抛 物 面 以 前 球 面 的 曲 率 半 径 (b) 列 于 表 26.1 中 的 每 个 环 带 y 的 计 算 值 (c) 抛 物 面 纵 坐 标 的 计 算 值 计 算 公 式 为 :E=(yd R)/R 2 (26-7) 式 中 y 为 环 带 模 板 小 孔 的 中 心 距 ;d 是 小 孔 的 直 径 ( 模 板 的 d 为 1 英 寸 ); R 是 抛 物 面 的 纵 坐 标 与 刀 口 测 量 值 间 的 差 值 ; 曲 率 半 径 R 为 120 英 寸 7) 在 刀 口 的 轴 向 螺 旋 上 啮 合 一 个 精 度 达 到 1/1000 英 寸 的 千 分 表, 当 刀 口 远 离 参 考 带 区 y5 时, 该 读 数 值 减 小 计 数 器 上 的 读 数 可 能 是 7543 或 2345 调 零 后 读 出 的 数 应 大 于 抛 物 面 纵 坐 标 的 最 大 计 算 值 如 果 刀 口 仪 上 没 有 带 数 字 千 分 表, 则 可 以 另 外 加 一 只 有 足 够 行 程 (0.126 英 寸 以 上 ) 的 千 分 表 第 179 页

211 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 对 5 个 环 带 的 每 一 个 环 带 取 5 次 读 数 的 平 均 值, 并 画 一 张 类 似 于 表 26.2 的 表 格 y5 环 带 的 刀 口 读 数 从 开 始, 用 减 去 修 整 后 抛 物 面 y5 环 带 的 值 得 ( 注 意 小 数 点 的 变 化 ) 如 果 没 有 标 注 变 量 为 负 数, 则 不 能 决 定 测 量 值 是 正 值 或 负 值 作 表 26.1 后, 用 表 26.2 求 和 F/5 12 英 寸 抛 物 面 反 射 镜 应 修 整 到 面 形 误 差 小 于 一 个 波 长 表 26.2 第 一 次 操 作 求 和 环 带 y d R R 2 E 波 长 Σ* y = /14400= / = y = /14400= / = y = /14400= / = y = /14400= / = y = /14400= / = *:Σ 为 求 和, 例 如 =0.211, = ) 用 星 形 抛 光 模 进 行 第 一 次 抛 光, 由 表 26.2 得 到 图 26.49a 中 以 波 长 表 示 的 小 数 值 实 线 表 示 作 光 滑 曲 线 的 值, 虚 线 表 示 继 续 进 行 抛 修 时 的 变 化 注 意 在 图 26.49a 中 如 何 用 虚 线 画 出 X 端, 并 以 y5 带 为 固 定 点 作 一 个 不 作 任 何 抛 修 的 矩 形 框 曲 线 的 斜 率 表 示 用 星 形 抛 光 模 精 确 加 工 出 来 的 抛 物 面 图 中 y2 为 最 高 带 区 30. 改 进 抛 物 面 第 一 次 抛 修 的 措 施 抛 物 面 的 衍 射 极 度 限 是 1/20 波 长, 用 同 样 的 星 形 抛 光 模 作 进 一 步 的 抛 修 以 减 少 R 值, 一 般 应 小 于 0.5 波 长 y5 环 带 的 和 数 是 0.000;y4 是 0.057,y3 是 0.100,y2 是 0.134,y1 是 波 长 用 图 26.49b 曲 线 表 示 第 二 次 抛 修 后 的 和 数 当 环 带 y5 区 域 不 作 任 何 抛 光 时, 注 意 用 虚 线 画 出 的 端 发 生 偏 转 变 化 图 的 曲 线 形 状 表 示 用 抛 光 模 精 确 加 工 成 的 抛 物 面 图 抛 物 面 的 抛 修 过 程 : a) 按 表 进 行 第 一 次 抛 修 ; b) 第 二 次 抛 修 ;c) 完 工 后 的 抛 物 面 进 行 第 三 次 抛 修 第 二 步 操 作 后 使 Rs 减 少 到 0.5 以 下, 其 修 正 量 大 于 第 一 个 曲 线 形 状 ( 见 b 图 ) 和 数 误 差 第 180 页

212 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 的 一 半 该 过 程 与 实 际 操 作 是 一 致 的 要 加 速 将 球 面 变 为 抛 物 面, 必 须 从 实 践 中 获 得 感 性 认 识 如 果 要 制 作 1/20 波 长 的 抛 物 面, 则 Rs 必 须 进 一 步 减 小 这 可 用 同 样 的 星 形 抛 光 模 来 达 到 ( 虽 然 可 能 性 是 很 小 的 ) 在 c 图 上 作 一 个 假 想 的 操 作 曲 线, 使 Rs 值 减 小 到 接 近 精 确 的 值 的 测 量 极 限 甚 至 用 布 朗 方 法 测 量 Rs 也 存 在 困 难, 但 是 用 固 定 光 源 和 移 动 刀 口 是 可 以 克 服 的 这 里 给 出 两 倍 的 Rs 值 : h=y2/r (26-8) 式 中 h,y,r 与 式 (26-6) 及 (26-7) 一 样 31. 大 孔 径 抛 物 面 的 光 学 检 测 画 一 条 f/2.97 大 孔 径 (30 英 寸 ) 抛 物 面 反 射 镜 的 面 形 误 差 曲 线 是 有 意 义 的 该 表 面 有 一 个 波 长 大 小 的 斜 率 缺 陷, 而 且 还 有 许 多 离 散 的 中 等 大 小 的 斜 率 误 差 图 26.50a 表 示 带 差 为 1.3 波 长 ( 见 表 26.3), 说 明 可 以 将 抛 物 面 反 射 镜 再 抛 光 成 为 球 面, 但 这 是 不 切 实 际 的 如 果 画 出 抛 物 面 曲 线 并 用 特 殊 的 沥 青 抛 光 模 来 抛 修 抛 物 面, 则 可 以 很 好 地 达 到 光 学 面 形 的 要 求 初 学 的 操 作 者 及 业 余 望 远 镜 爱 好 者 感 兴 趣 的 是 如 何 修 正 该 表 面 及 加 工 过 程 中 会 出 现 些 什 么 问 题 首 先 研 究 什 么 形 式 的 抛 光 模 会 使 这 个 表 面 磨 坏? 加 工 抛 物 面 过 程 中 必 须 用 直 径 大 约 为 12 英 寸 的 星 形 沥 青 抛 光 模, 抛 光 模 吻 合 性 差 时, 可 以 采 用 干 抛 光 图 反 射 镜 的 斜 率 误 差 ( 见 表 26.3) 根 据 图 的 曲 线 仔 细 地 修 磨 斜 率 误 差 还 要 注 意 两 个 凸 坡, 并 用 环 形 抛 光 模 除 去 在 环 带 4 和 10 的 凸 出 处 加 大 抛 光 模 的 抛 修 量 抛 光 模 上 加 制 的 小 网 格 是 为 了 保 证 抛 修 时 接 触 良 好 抛 光 模 用 2 英 寸 的 动 程 并 在 反 射 镜 上 作 慢 速 抛 光, 主 轴 以 20r pm 的 速 度 旋 转, 摆 轴 以 大 约 20 rpm 的 速 度 旋 转 表 26.3 环 带 1 英 寸 直 径 y y 2 2 /2R 或 PO 读 数 差 值 e 和 数 Σe 波 差 第 181 页

213 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 表 中 : f/ 英 寸 抛 物 面 R 0 = 英 寸 2R 0 = 英 寸 f=89.14 英 寸 R 2 0 = 英 寸 2 y 标 注 在 反 射 镜 上 的 每 个 环 带 孔 的 高 度 R 0 中 心 区 域 的 曲 率 半 径, 抛 物 面 纵 坐 标 PO y 2 / 2R 0 法 线 与 反 射 镜 中 心 轴 交 点 的 理 论 偏 差 ( 见 图 26.50)( 注 意 光 源 与 刀 口 在 一 起 ) L 政 论 值 与 实 际 千 分 表 读 数 间 的 差 值 e 每 一 环 带 内 边 缘 相 对 于 法 线 的 高 度, 假 设 外 边 缘 是 正 确 的, 公 式 是 e=ydl/r 2, 这 里 y 是 环 带 距 离,d 为 开 孔 直 径 (1 英 寸 ),L 为 环 带 差 值,R 2 0 = d 模 板 有 13 个 孔 的 开 孔 环 带 宽 度 Σ e 环 带 高 度 之 和, 注 意 每 个 和 数 与 下 一 环 带 交 叉 地 相 加 λ 反 射 镜 在 y 环 带 上 的 角 误 差 ( 见 图 26.50a) 32. 卡 塞 格 林 次 镜 的 自 准 直 检 验 卡 塞 格 林 望 远 镜 的 副 镜 是 双 曲 面, 主 镜 为 抛 物 面 通 常 先 按 预 先 计 算 出 的 球 面 反 射 镜 研 磨 和 抛 光 双 曲 面 次 镜, 然 后 将 它 与 抛 物 面 组 合 成 平 行 光 管 装 置 后 再 来 修 磨 之 刀 口 检 验 给 出 平 滑 的 焦 点 图, 如 果 副 镜 已 真 正 地 修 磨 成 为 双 曲 面, 则 由 罗 契 检 验 得 到 一 组 等 间 隔 平 行 线 的 罗 契 图 ( 见 附 录 14, 图 A14.1 和 图 是 检 验 双 曲 面 次 镜 和 抛 物 面 主 镜 的 常 规 装 置 A14.2) 在 如 图 所 示 的 光 学 装 置 中 放 上 球 面 次 镜 后, 则 刀 口 的 焦 点 图 或 罗 契 检 验 是 结 果 是 一 个 扁 球 形 在 这 个 光 学 检 验 装 置 中 用 直 径 玖 瑰 叶 花 瓣 抛 光 模 修 磨 扁 球 形 来 达 到 零 位 检 测 的 要 求 因 为 象 太 暗 淡, 所 以 应 该 将 主 镜 镀 铝 图 中 A 为 主 镜,B 为 次 镜,C 为 镀 铝 平 板, 组 合 反 射 镜 的 焦 点 在 f,i 为 刀 口,S 为 光 源,f 为 主 镜 焦 距,P 为 从 双 曲 面 到 系 统 焦 平 面 间 的 距 离, 图 副 镜 的 检 验 P 是 双 曲 面 到 主 镜 焦 点 f 的 距 离 首 先 设 定 主 镜 的 直 径 及 焦 距 假 设 主 镜 直 径 为 12 英 寸, 焦 距 为 30 英 寸 其 次 选 择 放 大 率 为 4( 在 式 (26-10) 中 骼 A 表 示 ), 则 : P=b+f/(A+1) (26-10) 式 中,P 是 主 镜 焦 点 内 的 距 离 ;b 是 主 镜 顶 点 的 后 焦 距 ( 一 般 为 主 镜 直 径 的 8/10);f 为 主 镜 焦 距 ;A 为 系 统 的 放 大 率, 则 P=(10+30)/(4+ 1) 或 8 英 寸 次 镜 直 径 是 12/30*8=3.2 英 寸, 实 际 直 径 大 约 为 3.5 英 寸 由 式 (26-11), 曲 率 半 径 为 : Rc=(e+1)P (26-11) 式 中 e=a+1/a-1 如 果 A 为 4, e=5/3=1.666,rc=2.666*8 或 , 整 个 焦 距 为 30*4 或 120 英 寸, 该 系 统 是 f/10 主 镜 中 的 孔 必 须 足 够 大, 认 使 其 与 检 验 时 的 入 射 与 出 射 光 锥 相 适 应 对 于 这 种 尺 寸 的 主 镜, 第 182 页

214 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 孔 的 直 径 取 3.5 英 寸 可 以 满 足 要 求, 从 主 镜 上 钻 下 来 的 玻 璃 可 以 加 工 成 次 镜 33. 用 侯 德 尔 法 检 验 次 镜 侯 德 尔 法 是 在 抛 物 镜 处 放 一 块 比 主 镜 稍 大 些 的 球 面 镜, 球 面 镜 的 曲 率 近 似 等 于 主 镜 的 焦 距 反 射 次 数 从 图 所 示 卡 塞 格 林 装 置 中 的 6 次 变 为 图 所 示 球 面 装 置 中 的 3 次 在 A.I. 英 格 尔 斯 编 的 业 余 望 远 镜 制 作 中 可 以 找 到 有 关 侯 德 尔 文 章 更 详 细 的 资 料 图 用 侯 德 尔 法 检 验 卡 塞 格 林 系 统 图 球 面 的 侯 德 尔 检 验 法 这 种 检 验 方 法 或 用 于 理 奇 伟 - 克 里 蒂 设 计 的 望 远 镜 次 镜 该 系 统 有 两 个 双 曲 面 反 射 镜, 主 镜 也 是 双 曲 面, 国 而 比 常 规 卡 塞 格 林 系 统 的 视 场 大 34. 平 面 反 射 镜 的 刀 口 检 验 用 刀 口 检 验 平 面 时 需 要 一 块 标 准 球 面 标 准 球 面 必 须 具 有 很 高 的 质 量 及 长 的 曲 率 半 径, 如 果 R 为 被 检 验 球 面 的 曲 率 半 径 ;D 为 其 直 径 时, 一 般 R/D 为 20 时 已 经 足 够 虽 然 从 球 面 只 反 射 一 次, 但 共 有 三 次 反 射 球 面 所 有 的 误 差 在 系 统 中 成 倍 地 反 映 出 来, 故 球 面 的 质 量 是 重 要 的 球 面 不 应 存 在 看 得 见 的 带 差, 用 刀 口 切 割 时, 球 面 镜 不 存 在 象 散 而 呈 现 平 滑 均 匀 的 阴 影 图 并 应 镀 有 高 反 射 率 的 铝 膜 经 过 仔 细 地 检 验 反 射 镜, 并 镀 上 均 匀 的 高 质 量 铝 膜 后 安 装 在 镜 座 里 时 不 得 引 起 变 形 如 果 所 用 的 平 面 是 高 质 量 的, 在 曲 率 中 心 处 直 接 观 察 时, 球 面 镜 的 孔 径 内 应 没 有 明 显 的 带 差 两 个 零 件 的 镜 座 结 构 应 牢 固, 并 可 以 作 对 准 调 整 从 长 远 观 点 看, 采 用 临 时 性 的 装 置 是 不 合 适 的 图 表 示 用 球 面 检 验 平 面 镜 的 一 般 装 置, 刀 口 位 于 S, 测 量 c/c 到 M1 和 M2 的 距 离 为 曲 率 半 径 阴 影 图 中 的 亮 和 暗 的 判 读 与 在 球 面 曲 率 中 心 处 直 接 观 察 球 面 的 结 果 是 相 同 的 它 们 间 的 差 图 用 球 面 反 射 镜 检 验 平 面 镜 别 是 前 者 的 旋 转 刀 口 可 以 关 垂 直 第 183 页

215 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 方 向 和 水 平 方 向 两 个 方 向 切 割 如 果 是 用 理 想 的 球 面 与 平 面 构 成 的, 则 刀 口 旋 转 到 任 何 位 置 时, 阴 影 都 是 均 匀 的 然 而 难 以 获 得 两 块 都 是 理 想 的 反 射 镜 如 果 反 射 镜 具 有 轻 度 的 正 或 负 ( 凸 或 凹 ) 误 差, 则 会 导 致 系 统 中 出 现 球 差 由 于 是 三 次 反 射, 所 以 灵 敏 度 很 高, 球 差 就 很 容 易 发 现 上 述 内 容 中 已 涉 及 到 阴 影 的 判 读 ( 见 附 录 14), 但 是 有 一 个 值 得 注 意 的 情 况 : 这 就 是 在 水 平 面 内 以 45 0 方 向 观 察 时, 平 面 反 射 镜 将 呈 椭 园 形 35. 平 面 曲 率 的 确 定 与 球 面 比 较, 测 量 平 面 的 曲 率 比 测 量 球 面 更 为 复 杂, 因 为 共 有 三 次 反 射, 所 以 在 平 面 的 45 0 方 向 测 量 时 会 有 极 度 高 的 灵 敏 度 通 常 可 以 使 平 面 反 射 镜 与 系 统 光 轴 成 精 确 的 45 0 角, 以 便 可 用 简 单 的 公 式 不 计 算 然 而, 如 果 不 可 能 构 成 精 确 的 45 0 角, 则 角 度 以 及 顶 点 到 平 面 反 射 镜 顶 点 的 距 离 也 应 该 为 已 知 值, 而 且 误 差 应 在 0.25 英 寸 以 内 首 先 列 出 基 本 公 式, 然 后 简 化 运 算 h= (d/r) 2 (COSθ/SIN 2 θ)( RR/( R-S)) (26-12) 式 中,h 为 正 负 偏 离 量, 正 值 表 示 平 面 是 凸 面, 负 值 则 为 凹 面 ; 是 常 数 值 ; 在 45 0 时 COSθ 等 于 ,COS 2 θ 等 于 0.5; R 是 分 别 在 垂 直 方 向 与 水 平 方 向 切 割 时 的 差 值 ;S 是 两 块 反 射 镜 之 间 的 距 离, 如 图 所 示 用 如 下 步 骤 测 量 R 值 : 将 刀 口 调 整 到 垂 直 切 割 方 向, 从 上 向 下 切 割, 直 到 得 到 均 匀 的 阴 影 时, 读 出 计 数 器 的 读 数 然 后, 将 刀 口 调 整 到 水 平 方 向, 轴 向 移 进 或 推 出, 直 到 阴 影 均 匀 时 再 次 读 数 如 果 刀 口 向 里 移 动, 读 数 为 正 值 在 操 作 过 程 中 要 求 有 次 序 地 进 行 首 先 总 是 在 垂 直 方 向 切 割, 然 后 在 水 平 方 向 切 割 例 如 垂 直 方 向 切 割 时, 读 数 为 7895( 由 计 数 器 读 取 ), 水 平 方 向 切 割 时 读 数 为 7875, 则 =0.02 英 寸 是 负 值 如 果 垂 直 读 数 为 7895, 水 平 读 数 为 7875, 则 =0.02 英 寸 是 正 值 由 式 (26-12) 可 求 得 平 面 的 曲 率 任 何 情 况 下 公 式 中 的 常 数 均 为 , 但 平 面 的 直 径 与 被 检 球 面 的 曲 率 半 径 比 值 的 平 方 (D/R) 2 是 变 量 当 平 面 反 射 镜 与 光 轴 成 45 0 时, COSθ/SIN 2 θ 也 是 常 数, 等 于 / = 重 要 的 在 于 精 确 地 确 定 45 0 角 如 图 所 示, 角 度 倾 角 误 差 必 须 在 1/4 0 以 内 显 然, 倾 斜 角 越 大, 能 够 检 验 的 平 面 也 就 越 大, 而 且 检 验 灵 敏 度 亦 越 高 R 值 是 测 量 曲 率 中 心 的 变 化 值 对 45 0 倾 斜 角, 式 (26-11) 简 化 为 : h= (D/R) R R/(R-S) (26-13) 例 如 :D=10 英 寸 ;R=240 英 寸 ; R=0.2 英 寸 ;S=20 英 寸 代 入 后 R/(R-S)=1.091 和 (D/R) 2 = , 当 已 知 R=0.2 英 寸 时, 经 多 重 乘 积 得 : h= = 英 寸 用 除 之, 则 为 波 长 或 近 似 地 为 1/10 波 长 这 就 是 直 径 为 10 英 寸 平 面 的 曲 率 如 果 R 为 负 值, 则 平 面 为 凹 面 ; 反 之 为 凸 面 球 面 的 直 径 应 该 比 平 面 的 直 径 大, 使 之 口 径 能 被 充 满, 但 计 算 时 不 涉 及 被 检 球 面 的 直 径 分 析 到 现 在 为 止, 仅 得 到 一 定 直 径 D 1 ( 水 平 直 径 ) 的 一 个 方 向 的 近 似 曲 率 下 一 步 是 要 将 刀 口 旋 转 90 0, 但 决 不 能 使 球 面 装 置 走 动, 然 后 在 垂 直 的 直 径 方 向 对 每 个 刀 口 位 置 作 五 次 读 数, 再 取 其 平 均 值 用 与 水 平 方 向 D1 的 相 同 计 算 方 法 计 算 出 新 的 90 0 方 向 D 2 的 近 似 曲 率 36. 用 象 散 焦 点 图 计 算 Rs 的 变 化 第 184 页

216 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 因 为 不 同 平 面 内 的 曲 率 半 径 不 同, 所 以 只 能 得 到 直 径 D 1 的 近 似 曲 率 半 径 第 一 种 装 置 中 的 修 正 量 是 垂 直 与 水 平 方 向 切 割 的 差 值 当 刀 口 旋 转 90 0 至 水 平 平 面 时,V 等 于 第 二 次 切 割 时 的 差 值 ( 见 图 26.55), 也 可 以 在 两 个 直 径 方 图 检 验 象 散 时, 反 射 镜 的 相 对 位 置 关 系 向 修 正 Rs 与 球 面 成 45 0 方 向 检 验 图 形 平 面 时, 图 26.55a 呈 椭 园 形 将 平 面 反 射 镜 作 上 记 号, 使 之 放 入 检 验 装 置 中 的 位 置 不 变 b 图 是 在 短 椭 园 平 面 上 更 长 的 D 2 方 向 测 量 a 图 是 水 平 刀 口 切 割 时 的 初 始 位 置, 第 二 个 椭 园 平 面 内 曲 率 的 差 值 形 成 象 散 焦 点 图 由 式 (26-14) 可 得 出 近 似 的 变 化 有 关 这 方 面 内 容 在 下 一 节 再 讨 论 当 刀 口 旋 转 90 0 成 垂 直 方 向 切 割 时, 还 可 给 出 一 个 不 同 直 径 方 向 的 近 似 公 式 : D 1 =2H/3(+)V/3 D 2 =H/3(+)2V/3 (26-14) 式 中 H 表 示 水 平 切 割 ;V 表 示 垂 直 切 割 如 果 平 面 反 射 镜 是 理 想 的, 则 在 两 个 走 私 方 向 切 割 时, 在 测 量 精 度 内 的 检 测 结 果 为 零 反 之, 如 果 被 检 平 面 反 射 镜 有 个 波 长 的 曲 率 误 差, 则 检 验 结 果 与 计 算 值 的 误 差 达 一 个 波 长 左 右 平 面 反 射 镜 面 形 质 量 提 高 时, 两 者 更 为 接 近 如 果 误 差 小 于 0.25 个 波 长, 则 为 精 确 的 结 果 大 多 数 的 光 学 检 验 都 有 这 种 特 性 37. 新 的 Rs 如 图 26.54a,b 所 示, 假 设 在 两 个 直 径 方 向 检 验 平 面 反 射 镜, 并 用 刀 口 仪 的 计 数 器 求 Rs 值 下 面 举 例 说 明 之,D 1 在 水 平 方 向 切 割 时, R 值 为 0.02 英 寸,D 2 在 垂 直 方 向 切 割 时, 是 英 寸 由 R 得 D 1 =2H/3(+)V/3,D 1 =2 0.02/ /3=0.01(+) = 英 寸 由 R 求 D 2 =H/3(+)2V/3=0.02/3+2(-0.005)/3=0.006(+)-0.003= 英 寸 将 代 入 式 (26-13), 式 中 h= R 当 然, 两 个 直 径 方 向 应 该 只 有 一 个 h 值, 如 果 两 个 h 值 有 差 别, 则 表 示 存 在 象 散 例 如 上 例 D 1 对 应 的 h=0.03 波 长,D 2 对 应 的 h= 波 长, 则 象 散 等 于 波 长 38. 不 规 则 形 状 的 带 差 检 验 不 规 则 表 面 形 状 时, 以 前 记 住 公 式 中 的 D 值 是 在 水 平 方 向 测 量 的 因 此, 如 果 用 直 径 为 8 英 寸 的 平 面 检 验 6 英 寸 的 表 面 时,D 1 值 应 该 是 较 小 的 直 径 方 向, 而 D 2 是 较 大 的 直 径 方 向 由 于 45 0 方 向 ( 或 其 它 角 度 方 向 ) 上 产 生 缩 小 效 应, 观 察 时 每 个 表 面 形 成 与 直 径 成 比 例 的 一 个 椭 园 形, 因 此 每 个 直 径 方 向 的 校 正 位 移 量 是 相 同 的 39. 三 次 反 射 后 环 带 误 差 的 测 量 平 面 的 带 差 测 量 与 前 述 的 球 面 测 量 过 程 相 同, 但 计 算 方 法 不 同 用 从 左 到 右 与 从 右 向 左 的 切 割, 找 出 水 平 直 径 方 向 上 的 最 高 点 位 置, 只 要 在 水 平 直 径 方 向 检 测 就 可 以 了 计 算 公 式 为 : h=y RW/(2R) 2 (26-15) 式 中,h 等 于 环 带 y 处 偏 离 总 曲 率 的 深 度 ;W 为 环 带 的 宽 度 ; R 是 水 平 截 面 内 平 均 曲 率 中 心 与 斜 坡 平 均 曲 率 中 心 之 差 值 由 两 次 或 多 次 反 射 找 出 凸 部 或 凹 部 并 用 软 铅 笔 在 平 面 上 作 一 个 记 号 由 于 系 统 的 视 差, 通 过 刀 口 可 观 察 到 两 个 象 第 185 页

217 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 视 差 是 由 于 光 源 与 象 分 离 而 形 成 了 第 二 个 象 的 结 果 当 观 察 者 面 向 装 置, 光 源 在 光 轴 右 边 时, 象 在 左 侧, 而 第 二 个 软 铅 笔 记 号 象 在 其 左 边 对 每 个 环 带 作 两 边 切 割 时 的 环 带 轮 廓 是 右 边 的 象 这 种 双 线 效 应 说 明 刀 口 检 验 时 需 要 把 视 差 尽 可 能 地 减 小 例 如 分 析 直 径 为 10 英 寸 工 件 的 塌 边 : R=100 英 寸, 标 准 球 面 的 曲 率 半 径 ; W=1.5 英 寸, 塌 边 宽 度 ; Y=3.5 英 寸, 与 光 轴 相 距 为 或 者 在 0.5D 处 测 量 时, R 为 0.01 英 寸 代 入 式 (26-15) /( )= 英 寸 用 英 寸 除, 其 结 果 稍 大 于 0.1 波 长 在 这 个 例 子 中, 存 在 着 翘 边 或 中 心 与 边 缘 之 间 的 带 区 误 差 处 理 三 次 反 射 进 的 唯 一 差 别 是 计 算 式 中 的 除 数 用 2R 2 代 之 单 次 反 射 时 的 R 2, 同 时 可 以 用 环 带 测 量 剖 面 图 作 为 依 据 40. 平 面 与 抛 物 面 的 零 位 检 验 共 轴 系 统 中 的 光 学 元 件, 在 制 造 平 面 或 抛 物 面 过 程 中, 可 以 用 零 位 检 验 方 法 这 种 方 法 有 许 多 优 点, 而 最 主 要 的 缺 点 是 45 0 反 射 镜 的 阴 影 形 成 的 中 心 死 区 牛 顿 装 置 中, 平 面 或 抛 物 面 中 的 通 孔 或 者 检 验 装 置 中 准 直 镜 上 钻 的 通 孔 都 是 不 通 光 的 第 一 个 例 子,45 0 反 射 镜 在 抛 物 面 中 心 区 域 存 在 阴 影 第 二 个 例 子 中 的 孔 使 一 部 分 准 直 光 束 用 作 检 验 如 果 需 要 检 验 抛 物 面 的 全 孔 径, 则 要 用 离 轴 抛 物 面 的 方 法 ( 见 图 26.56). 即 使 大 的 光 学 车 间, 也 很 少 用 离 轴 抛 物 面 镜 作 为 准 直 仪 6 英 寸 离 轴 抛 物 面 组 成 的 准 直 仪 是 目 前 可 供 使 用 的 最 大 准 直 镜, 但 价 格 昂 贵 自 从 发 明 激 光 后, 小 型 球 轴 承 及 镀 银 球 的 激 光 照 明 系 统 已 经 实 用 化 ( 见 附 录 16) 显 然 2mm 细 棒 状 托 架 的 球 形 光 源 仅 形 成 1 左 右 的 中 心 阴 影 图 用 穿 孔 的 平 面 镜 作 检 验 图 说 明 抛 物 面 平 面 刀 口 光 源 及 阴 影 象 的 位 置,TA 表 示 检 验 时 可 以 使 用 的 区 域, 称 之 为 检 验 区,W 为 被 检 验 的 工 件 这 种 结 构 是 紧 凑 的, 在 大 多 数 情 况 下 不 需 要 助 手, 操 作 者 可 以 自 行 调 整 工 件 许 多 情 况 下, 例 如 检 验 前 工 作 面 的 工 件 平 行 平 板 直 角 棱 镜 或 可 以 内 反 射 平 行 光 束 的 元 件 就 不 需 要 用 平 面 镜 M 2 为 了 检 验 玻 璃 的 象 质 均 匀 性 或 焦 距, 也 不 必 用 平 面 反 射 镜 而 只 要 将 光 源 置 于 抛 物 面 的 轴 上, 以 消 除 视 差 以 后 将 要 讨 论 检 验 消 色 差 物 镜 的 方 法 消 色 差 物 镜 中 的 平 面 反 射 镜 起 准 直 镜 的 作 用 分 析 图 发 现 该 装 置 能 够 用 于 检 验 平 面 或 抛 物 面 总 之, 不 管 作 什 么 用 途, 每 块 反 射 镜 都 必 须 有 极 好 的 质 量 该 方 法 中 一 个 重 要 的 问 题 是 反 射 镜 的 准 直 调 整, 其 平 行 度 必 须 很 好, 即 使 小 量 的 象 散 和 慧 差 在 精 密 加 工 中 也 是 不 允 许 的 完 成 准 直 调 整 工 作 最 简 单 的 方 法 之 一 是 在 每 块 反 射 镜 周 边 上 系 上 粗 而 黑 的 十 字 丝 一 根 丝 沿 着 垂 直 直 径 方 向, 另 一 根 丝 沿 水 平 直 径 方 向 ( 见 图 26.57a 和 b) 用 胶 带 纸 或 用 实 验 室 蜡 将 十 字 丝 绷 紧 后 粘 在 镜 座 上 并 使 十 字 丝 与 表 面 尽 可 能 靠 近 初 步 对 准 时, 移 开 刀 口, 用 一 工 作 如 灯 照 明 反 射 镜 表 面 如 果 不 准 直, 出 现 多 于 三 外 的 十 第 186 页

218 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 字 线 象, 则 佼 准 反 射 镜, 直 到 十 字 线 重 合 或 靠 拢 第 一 步 做 到 这 样 就 足 够 了 进 行 调 整 时, 可 能 需 要 将 一 块 反 射 镜 沿 着 垂 直 光 轴 方 向 移 动 如 果 检 验 如 上 缺 少 导 轨, 则 用 一 支 软 铅 笔 在 检 验 台 上 画 出 中 心 线 用 与 检 验 如 的 中 心 线 同 心, 并 正 确 地 位 于 垂 直 直 径 上 的 垂 直 悬 锤 线 来 重 新 安 置 竖 直 的 十 字 线 要 把 几 块 反 射 镜 的 中 心 轴 调 整 到 同 一 标 高 平 面 上 或 相 等 高 度 图 十 字 线 的 安 装 初 调 完 成 后, 将 刀 口 移 到 原 来 位 置 时 应 看 见 十 字 线 和 它 的 影 子 这 时 视 差 的 影 响 是 明 显 的, 要 使 所 有 的 十 字 线 和 它 影 子 重 叠 是 不 可 能 的 快 调 整 完 成 时, 可 以 减 少 它 们 的 分 离 程 度, 使 之 只 出 现 三 对 十 字 经 这 可 不 必 用 特 别 的 办 法 而 用 切 割 和 调 整 形 式 进 行 调 整 即 可 达 到 理 想 调 整 状 态 后, 平 面 上 的 十 字 线 影 子 位 于 抛 物 面 上 的 十 字 线 影 子 之 间 调 整 到 某 一 阶 段 以 后 将 出 现 二 级 和 三 级 的 衍 射 十 字 线 阴 影, 一 旦 反 射 镜 接 近 准 直 时, 变 不 会 出 现 这 种 阴 影 因 为 这 里 使 用 了 精 确 调 整 的 系 统 并 用 高 质 量 零 件 作 零 位 检 测, 所 以 切 割 一 块 高 质 量 反 射 镜 时 可 获 得 平 滑 而 均 匀 的 阴 影 用 上 述 方 法 找 出 环 带 误 差 来 指 导 修 磨, 并 用 10X 目 镜 检 验 象 质 因 为 这 类 检 验 方 法 只 用 来 检 验 不 允 许 有 环 带 误 差 或 其 它 起 伏 不 平 的 高 质 量 表 面, 因 而, 用 刀 口 和 目 镜 检 验 法 的 目 测 结 果, 可 以 满 足 指 导 大 多 数 具 有 关 键 要 求 的 镜 面 修 磨 的 需 要 参 考 文 献 : Focault,L.M. Description des Procedes Emplye pour Recommaitre la Configuration des Optiques, C.R.Acad.Sci.Paris,47,958(1858): reprinted in Classques de la Science, Vol.II,Armand Colin. Porter,R.W. Mirror making for Reflecting Telescopes, in Amateur Telescope Making, A.G.Ingalls, Ed.Munn,New York,1928,pp Strong,J. Procedures in Experimental Physics, Prentice-Hall, New York, 1943,pp Texerau, J. How to Make A Telescope, Doubleday,Garden City,NY,1963,pp 第 187 页

219 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 M. 布 朗 A.S. 德 范 尼 检 验 和 修 磨 大 口 径 高 质 量 的 消 色 差 物 镜 无 疑 是 精 密 光 学 加 工 中 最 重 要 的 内 容 之 一 通 常, 消 色 差 物 镜 由 两 块 或 更 多 块 非 胶 合 零 件 组 成, 零 件 的 直 径 大 于 6in 透 镜 设 计 不 是 本 书 讨 论 的 范 围 当 代 的 设 计 者 用 间 计 算 程 序 校 正 慧 差 球 色 差 象 散 等 等, 而 且 有 300 多 种 具 有 极 好 均 匀 性 及 不 同 折 射 率 的 玻 璃 牌 号 可 供 选 择, 而 克 拉 克 兄 弟 当 时 设 计 物 镜 时 又 有 六 种 玻 璃 牌 号 特 别 要 引 起 注 意 的 是 光 学 平 板 ( 用 于 光 学 检 验 ) 和 物 镜 的 装 夹 方 法 镀 铝 的 光 学 平 板 和 组 合 透 镜 紧 紧 装 配 在 一 起, 再 加 上 刀 口 就 组 成 自 准 直 仪 平 面 反 射 镜 必 须 是 一 块 高 质 量 的 光 学 平 板 并 装 夹 在 特 殊 设 计 的 大 口 径 镜 座 里, 图 27.1 用 光 学 平 板 检 验 大 口 径 物 镜 光 学 平 板 支 承 而 较 小 孔 径 的 平 板 通 常 放 在 两 个 在 一 个 木 头 块 上 相 隔 60 互 为 60 夹 角 的 木 头 支 架 上 ( 见 图 27.1) 物 镜 第 一 块 透 镜 的 前 表 面 必 须 与 平 面 反 射 镜 反 射 表 面 精 确 地 平 行, 否 则 会 产 生 象 散 用 一 块 塑 料 环 状 隔 圈 易 于 达 到 这 个 要 求 1. 具 与 自 准 直 型 式 支 承 平 面 反 射 镜 时 必 须 严 防 变 形 除 用 特 殊 镜 座 外, 另 外 一 种 方 法 是 用 一 块 厚 度 与 直 径 之 比 为 1/6 的 平 板 支 承 反 射 镜, 两 支 承 点 位 于 平 板 下 方, 相 隔 60 如 图 27.1(A-A) 所 示, 而 且 在 f 处 有 一 个 压 紧 点 用 调 平 螺 丝 及 压 力 弹 簧 将 平 面 反 射 镜 夹 持 在 这 三 个 支 点 上, 前 后 调 节 用 调 平 螺 丝 支 承 高 质 量 光 学 元 件 的 要 点 是 : ⑴ 设 计 一 个 优 质 镜 座, 在 其 四 周 内 装 有 辅 助 的 调 平 支 撑 ; ⑵ 在 反 射 镜 圆 周 的 一 半 面 积 上 用 钢 带 支 承 ; ⑶ 两 个 支 撑 点 夹 角 为 60 图 27.1 标 注 出 了 (A-A) 线 或 60 支 撑 点 及 塑 料 圆 柱 隔 圈, 隔 圈 确 定 了 透 镜 前 表 面 与 反 射 镜 前 表 面 之 间 的 平 行 度 用 平 行 平 板 与 自 准 直 仪 使 隔 圈 达 到 平 行 度 要 求 为 了 将 透 镜 组 支 承 在 镜 座 里, 可 如 图 所 示 在 两 块 透 镜 之 间 用 隔 圈 S-S 及 加 压 点 ( 球 轴 承 弹 簧 销 ) 透 镜 的 正 确 安 装 还 涉 及 固 定 透 镜 的 镜 座, 镜 座 与 透 镜 间 ( 前 和 后 ) 装 三 片 尼 龙 垫 片, 并 用 适 当 的 方 法 将 透 镜 框 固 定 在 反 射 镜 前 面 在 任 何 情 况 下 d-d 的 平 行 度 必 须 保 持 透 镜 组 隔 圈 与 平 面 反 射 镜 之 间 彼 此 平 行 两 块 大 的 透 镜 ( 冕 牌 和 火 石 ) 仅 分 隔 千 分 之 几 in 间 隔 时, 用 胶 带 纸 作 隔 圈 是 可 以 的 但 是 一 组 物 镜 可 能 由 3~4 块 或 更 多 块 零 件 组 成, 这 样 就 要 求 更 加 仔 细 地 装 配 并 用 隔 圈 定 位, 严 防 变 形 克 拉 克 型 6in 物 镜 的 隔 圈 厚 度 大 约 为 0.25in, 耶 克 斯 天 文 台 40in 物 镜 的 隔 圈 厚 度 大 约 为 10in 记 住 另 一 个 重 要 法 则 : 面 向 入 射 光 束 的 透 镜 前 表 面 必 须 面 对 反 射 镜 ( 见 图 27.1) 必 须 根 据 实 际 情 况 观 察 检 验 装 置 中 的 物 镜, 焦 面 上 的 可 见 光 线 是 从 平 面 镜 反 射 的 光 线 而 不 是 由 光 源 出 射 的 光 线 平 面 反 射 镜 是 作 为 无 限 远 平 行 光 束 的 光 源, 因 此, 任 何 物 镜 的 前 表 面 ( 不 考 虑 设 计 因 素 ) 应 该 与 实 际 使 用 情 况 一 样, 使 其 位 于 平 面 反 射 镜 的 前 面 要 使 物 镜 的 前 表 面 尽 可 能 地 靠 近 ( 大 约 相 距 0.25in) 平 面 镜 因 为 光 线 经 过 校 正 不 足 的 物 镜 后 不 再 是 平 行 光 束, 若 以 倾 斜 的 光 束 入 射 于 平 面 镜, 反 射 后 将 导 致 误 差 大 大 地 放 大, 并 且, 物 镜 与 平 面 镜 间 间 隔 越 大, 误 差 亦 越 大, 因 此 平 面 镜 与 物 镜 间 间 隔 要 尽 可 能 小 但 是 如 果 物 镜 是 理 想 的, 则 间 隔 的 大 小 就 不 重 要 了 因 为 入 射 光 束 是 平 行 光 束, 不 论 间 隔 多 大 多 小 都 不 会 引 起 第 188 页

220 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 误 差 在 制 造 过 程 中, 一 般 要 求 从 同 一 炉 号 玻 璃 中 取 得 尽 可 能 多 的 玻 璃 毛 坯, 并 进 行 相 应 的 透 镜 设 计 设 计 者 应 为 加 工 者 提 供 必 要 的 曲 率 半 径 间 隔 和 焦 距 等 数 据 这 样, 加 工 者 可 摆 脱 古 老 的 试 制 方 法, 而 用 新 的 方 法 往 往 可 以 得 到 正 确 的 球 面 曲 率 间 隔 和 焦 距 因 此 研 究 工 作 显 得 十 分 重 要 正 如 早 已 指 出 的,1950 年 的 电 子 计 算 机 没 有 现 在 这 么 方 便 当 代 设 计 者 用 电 子 计 算 机 程 序 在 几 天 内 所 能 达 到 的 透 镜 设 计 水 平 是 过 去 用 对 数 或 台 式 计 算 机 几 个 月 都 不 能 完 成 的 当 要 求 的 某 一 熔 炉 的 玻 璃 用 完 后, 就 要 用 新 的 炉 号 而 两 者 的 折 射 率 在 小 数 点 第 四 位 有 1 或 2 的 差 异, 因 此 就 必 须 相 应 地 改 变 透 镜 的 曲 率 半 径 厚 度 和 间 隔, 并 且 要 重 新 加 工 样 板 这 就 是 照 相 机 加 工 费 用 如 此 昂 贵 的 原 因 透 镜 初 次 检 验 时, 在 每 一 块 透 镜 的 外 缘 应 用 金 刚 石 划 刀 划 一 个 深 的 参 考 记 号, 根 据 这 些 参 考 记 号 来 进 行 装 配 在 修 正 折 射 率 的 变 化 时 这 点 更 为 重 要 用 样 板 来 检 验 所 有 高 质 量 透 镜 表 面 时, 样 板 的 直 径 不 应 大 于 10in, 否 则 操 作 时 会 感 到 太 重 并 且 可 能 引 起 麻 点 或 划 痕 在 最 后 修 磨 阶 段 要 加 工 出 质 量 尽 可 能 高 的 表 面 这 项 工 作 是 困 难 的, 要 消 耗 大 量 的 劳 力 及 费 用 透 镜 系 统 由 多 于 两 个 元 件 组 成 时, 由 于 存 在 着 折 射 率 不 均 匀 的 区 域, 必 须 加 以 修 正 使 之 达 到 λ/4 以 内 如 果 没 有 样 板, 可 以 在 曲 率 中 心 处 放 上 刀 口 来 检 验 凹 球 面 检 验 大 型 零 件 的 凸 面 有 许 多 方 法 : 一 种 是 将 凸 面 看 成 凹 面 反 射 镜 并 从 反 面 进 行 检 验 由 于 玻 璃 的 厚 度 有 透 射 缩 小 效 应, 最 好 能 够 在 这 个 表 观 的 凹 面 的 刀 口 狭 缝 上 放 上 一 块 罗 契 光 栅, 用 一 红 色 的 虑 光 片 而 且 在 有 透 射 缩 小 效 应 的 曲 率 中 心 处 检 验 如 果 观 察 到 表 观 的 高 低 区 域, 则 可 能 是 由 于 被 检 验 的 凹 面 上 的 缺 陷 或 者 是 两 个 表 面 缺 陷 的 总 和 为 识 别 误 差 的 高 低, 用 中 指 轻 轻 地 在 环 带 区 擦 1~2min 如 果 误 差 是 高 的, 罗 契 图 隆 起 ; 反 之 则 出 现 部 分 弥 散 用 同 样 的 方 法 也 可 以 检 验 翘 边 或 塌 边 如 果 观 察 两 个 凸 面 ( 比 如 是 双 凸 透 镜 ) 的 缺 陷, 则 必 须 修 磨 到 观 察 不 到 表 面 缺 陷 为 止 2. 学 修 磨 开 始 修 磨 整 个 组 件 时, 只 选 择 一 个 表 面 来 修 磨 因 为 大 多 数 情 况 下 是 用 小 的 抛 光 模 和 手 指 状 修 磨 棒 来 作 最 后 的 修 整 小 工 具 修 整 旋 转 对 称 的 环 带 误 差 ; 手 指 状 修 磨 棒 修 正 折 射 率 的 局 部 变 化 再 提 醒 一 下, 在 边 缘 要 作 上 参 考 记 号, 使 物 镜 装 配 时 彼 此 可 保 持 原 来 的 相 对 位 置 将 零 件 装 在 镜 筒 里 要 十 分 小 心 因 为 零 件 偏 斜 后 很 难 再 放 正, 特 别 是 凹 面 有 锐 边 的 火 石 玻 璃 零 件 更 应 如 此 在 镜 座 侧 面 涂 些 可 溶 解 的 植 物 油 ( 橄 榄 油 ), 使 透 镜 易 于 滑 动, 并 用 一 种 橡 皮 做 的 真 空 吸 附 器 将 透 镜 吸 住, 再 将 其 放 入 镜 座 现 代 设 计 的 高 质 量 透 镜 应 仔 细 检 验 玻 璃 的 应 力 ( 用 正 交 偏 振 片 ) 条 纹 及 折 射 率 的 各 种 变 化 ( 见 第 五 章 ), 不 能 轻 信 玻 璃 制 造 商 的 结 论 ( 认 为 玻 璃 已 经 足 够 好 了 ), 花 些 时 间 找 到 自 己 所 需 要 的 玻 璃 才 是 可 确 信 的 用 透 镜 镜 面 来 修 正 玻 璃 缺 陷 的 可 能 性 是 有 限 的, 因 此 需 要 试 用 最 好 的 玻 璃 如 果 在 最 后 修 整 时, 已 加 工 好 的 表 面 遭 到 了 严 重 破 坏, 使 最 后 的 修 正 已 不 可 能, 则 要 重 新 投 料, 重 新 制 作 透 镜 如 果 整 个 透 镜 的 校 正 程 序 是 理 想 的, 就 不 需 要 再 加 工, 否 则 应 仔 细 地 检 查 透 镜 的 球 面 曲 率 半 径 和 玻 璃 牌 号 在 平 行 光 路 ( 见 图 27.1) 中 检 验 物 镜 时 总 是 校 正 过 头 或 校 正 不 足 首 先 精 密 修 磨 凹 面 使 整 个 镜 头 达 到 校 正 下 一 步 再 根 据 布 朗 所 述 方 案 修 磨 凸 面 的 前 表 面 如 果 需 要 再 作 局 部 修 磨, 则 再 将 物 镜 修 磨 为 校 正 过 头 或 校 正 不 足, 然 后 修 磨 凹 面 使 之 再 回 复 到 零 位 校 正 状 态 ( 同 样 见 附 录 15) 第 189 页

221 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 3. 光 源 检 验 折 射 元 件 时 要 用 单 色 光 源 当 然, 带 有 窄 带 虑 光 片 的 汞 灯 或 钠 光 灯 可 以 作 为 近 似 的 单 色 光 源 汞 绿 线 有 较 高 的 对 比, 而 钠 光 D 线 的 对 比 最 大, 但 都 不 能 作 为 一 种 理 想 的 单 色 光 源 光 源 镜 筒 里 装 有 两 块 聚 光 镜 并 在 两 者 之 间 插 入 虑 光 片 如 图 27.2 所 示,P 为 焦 点,L1 和 L2 是 透 镜,FH 是 虑 光 片 的 托 架,S 是 光 源 虑 光 片 托 架 与 透 镜 构 成 一 个 刚 体, 一 般 透 镜 筒 可 以 互 换 虑 光 片 托 架 的 尺 寸 应 使 整 个 光 束 通 过 虑 光 图 27.2 刀 口 检 验 透 镜 时 用 带 虑 光 片 的 光 源 片, 并 且 虑 光 片 可 以 取 下 4. 透 镜 的 检 验 检 验 物 镜 时 应 记 住 一 条 法 则 : 所 有 亮 斑 与 阴 影 的 出 现 都 表 示 系 统 中 存 在 着 缺 陷, 但 反 射 时 的 明 暗 情 况 与 折 射 时 刚 好 相 反, 例 如, 反 射 时 的 翘 边 对 折 射 面 来 说 是 塌 边 更 明 确 地 说, 如 果 刀 口 从 左 向 右 切 割, 若 透 镜 的 右 边 出 现 宽 的 亮 环, 而 左 图 27.3 透 镜 检 验 时 的 翘 边 效 应 边 是 对 应 的 暗 环, 则 表 示 边 上 有 高 带 ( 见 图 27.3) 因 为 边 上 更 厚, 折 射 光 线 远 离 法 线 而 弯 曲, 使 光 线 偏 离 焦 点 F( 见 图 27.3B) 实 际 上,A 是 一 块 发 散 透 镜, 通 过 透 镜 后 光 线 发 散 该 图 用 于 说 明 边 上 环 带 的 斜 率 变 化 的 影 响 B 是 光 楔 的 实 际 效 应, 它 使 光 线 偏 离 法 线, 因 而 也 在 凹 透 镜 的 A 处 出 现 同 样 情 况 修 磨 整 个 组 件 以 前 要 将 两 个 透 镜 所 有 表 面 的 曲 率 半 径 一 直 修 整 到 最 边 缘 处 图 27.4 为 一 块 双 凸 透 镜, S 处 有 一 个 光 源, 理 论 上 应 在 汇 聚 点 I 处 成 像 第 二 对 共 轭 汇 聚 点 用 r 1 -r 2 表 示, 由 于 边 部 高, 使 t 处 厚 度 加 大 了, 因 而 使 出 射 光 线 r 4 比 光 线 r 2 偏 折 更 图 27.4 检 验 双 凸 透 镜 时 的 表 面 误 差 效 应 小 而 汇 聚 于 L 在 S 处 情 况 则 相 反, 用 r 6 表 示 之 图 27.5 是 一 块 有 高 边 的 透 镜 图 S 是 光 源,I 为 共 轭 焦 点, 透 镜 中 心 部 分 的 两 条 光 线 用 r 1 r 2 r 3 r 4 表 示 用 点 划 线 表 示 由 于 透 镜 边 缘 厚 度 的 增 加 是 使 y 1 y 2 处 的 r 5 r 6 r 7 r 8 光 线 聚 焦 于 X 假 设 光 线 交 于 中 心 区 域 图 27.5 具 有 高 边 的 双 凸 透 镜 里 的 正 常 位 置 I, 则 刀 口 首 先 切 割 r 8 光 线 并 形 成 一 个 阴 影, 阴 影 从 y 2 边 缘 向 中 心 移 动 再 继 续 切 割 时, 阴 影 再 移 向 中 心, 直 到 刀 口 切 割 光 轴 上 r 2 -r 4 光 线 时, 则 中 心 区 域 全 部 变 暗 第 190 页

222 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 刀 口 停 在 该 位 置 上, 使 y 1 凸 出 处 留 下 月 牙 形 亮 斑, 与 反 射 镜 的 形 状 比 较, 表 明 边 缘 存 在 严 重 的 塌 边 操 作 者 应 该 记 住 : 用 刀 口 检 验 自 准 直 透 镜 时, 亮 斑 与 阴 影 的 关 系 与 检 验 反 射 镜 时 的 凹 凸 的 曲 率 效 应 刚 好 相 反 图 27.3 和 图 27.4 是 不 正 确 的, 因 为 这 种 测 试 装 置 与 实 际 情 况 不 符 合, 只 能 作 为 原 理 性 的 解 释 实 际 上, 应 该 从 C1-F2 共 轭 焦 点 方 向 射 出 平 行 光 束 如 果 可 能 的 话, 应 该 选 择 冕 牌 玻 璃 零 件 的 前 表 面 作 为 最 后 的 校 正 表 面, 因 为 这 种 表 面 比 火 石 玻 璃 更 易 于 加 工 有 一 条 规 则, 就 是 虽 然 天 文 摄 影 机 中 使 用 的 一 些 进 口 火 石 玻 璃 可 能 会 出 现 疵 病, 但 是 不 必 修 磨 火 石 玻 璃 的 表 面 有 些 型 式 的 物 镜 其 冕 牌 玻 璃 与 火 石 玻 璃 表 面 有 相 同 的 曲 率 半 径 当 两 者 的 内 表 面 的 曲 率 半 径 相 同 时, 可 以 用 干 涉 法 检 验 冕 牌 玻 璃 的 球 面, 而 不 必 用 刀 口 法 检 验 火 石 玻 璃 的 球 面 在 这 种 情 况 下, 用 小 抛 光 模 或 拇 指 来 修 磨 克 拉 克 型 物 镜 前 表 面 的 带 差 以 获 得 最 好 的 表 面, 而 后 表 面 是 改 善 整 个 系 统 校 正 情 况 的 修 整 面 许 多 业 余 天 文 学 家 将 军 用 剩 余 物 资 中 的 透 镜 或 老 式 的 大 匹 兹 伐 投 影 物 镜 改 为 摄 影 物 镜 或 大 视 场 望 远 镜, 并 将 它 们 重 新 修 磨 后 在 平 行 光 中 检 验 柯 克 三 片 物 镜 的 后 表 面 希 望 有 塌 边, 而 格 雷 戈 里 - 马 克 苏 多 夫 系 统 中 的 0.7 环 带, 其 要 求 可 低 一 些 问 题 : 在 卡 迪 普 特 里 克 (Cadioptric) 型 式 的 系 统 中 应 修 整 哪 块 元 件 来 达 到 零 位 图 形? 回 答 : 用 玫 瑰 叶 花 瓣 抛 光 模 修 磨 校 正 透 镜 或 凹 面 反 射 镜 若 校 正 较 深 曲 率 半 径, 则 变 化 更 为 困 难, 但 可 以 修 磨 出 来 而 修 磨 凹 面 反 射 镜 则 只 要 1/4 的 工 作 量 检 验 象 质 时, 重 要 的 是 要 用 一 组 高 质 量 的 目 镜, 以 防 产 生 被 检 透 镜 本 身 已 消 除 的 色 差 哈 斯 廷 斯 (Hastings) 三 片 目 镜 波 塞 尔 (Possel) 对 称 式 目 镜 或 类 似 的 目 镜 都 是 可 供 选 用 的 优 质 目 镜 精 密 透 镜 制 造 工 艺 是 光 学 技 工 基 本 的 光 学 加 工 工 作, 工 作 过 程 中 涉 及 到 了 解 光 学 上 的 所 有 相 差 如 果 光 学 技 工 完 全 了 解 所 有 相 差 的 成 因 及 其 影 响, 则 他 就 是 一 名 经 过 高 级 理 论 培 训 的 专 家, 可 以 更 好 地 从 事 透 镜 的 研 磨 与 抛 光 工 作 修 整 透 镜 组 以 前, 在 制 造 零 件 的 过 程 中 采 取 一 些 预 防 性 措 施 可 以 消 除 许 多 产 生 相 差 的 因 素, 但 并 不 需 要 仔 细 分 析 它 们 间 的 复 杂 关 系 下 面 列 出 可 供 使 用 的 一 些 预 防 性 的 措 施 : 1) 开 始 研 磨 抛 光 以 前, 制 作 一 块 表 面 经 研 磨 及 粗 抛 过 的 玻 璃 平 行 平 板, 并 仔 细 地 检 验 其 应 力 条 纹 结 石 气 泡 及 折 射 率 的 变 化 2) 选 择 最 好 的 并 留 有 足 够 余 量 的 毛 坯, 以 便 磨 出 球 面 厚 度 并 磨 边, 以 达 到 要 求 的 外 圆 尺 寸 3) 最 后 装 配 时, 所 有 元 件 应 具 有 相 同 的 口 径 4) 用 精 密 的 三 点 式 工 具 及 百 分 表 加 工 所 有 零 件, 研 磨 抛 光 大 的 零 件 前 应 精 确 地 定 中 心 及 磨 边 5) 研 磨 并 抛 光 所 有 表 面, 使 其 尽 可 能 接 近 理 想 的 要 求, 特 别 不 允 许 存 在 带 差 或 象 散, 制 造 过 程 中 要 注 意 玻 璃 零 件 的 支 承 6) 根 据 公 式 或 蓝 图 将 零 件 厚 度 加 工 到 名 义 值 7) 仔 细 地 进 行 光 学 定 中 心, 并 将 每 个 定 中 心 零 件 进 行 光 学 磨 边, 使 透 镜 边 缘 等 厚 8) 在 每 个 零 件 边 缘 划 上 深 的 参 考 记 号 (V 型 记 号 为 最 好 ), 并 且 总 是 正 确 地 在 同 一 方 位 将 元 件 装 在 镜 座 里, 或 者 经 最 后 修 磨 检 验 后 将 其 固 定 之 9) 选 择 冕 牌 玻 璃 元 件 中 的 一 个 凸 面, 用 小 的 抛 光 模 或 拇 指 进 行 抛 修 用 火 石 玻 璃 的 最 后 一 面 作 最 后 的 修 整 是 有 利 的, 操 作 者 更 欢 喜 修 磨 火 石 玻 璃 的 凹 面, 因 为 凹 面 易 于 修 改 成 要 求 的 圆 锥 曲 面, 也 易 于 用 刀 口 法 或 罗 契 法 进 行 检 验 第 191 页

223 第 二 十 七 章 消 色 差 物 镜 检 验 10) 不 要 在 两 个 表 面 上 作 带 区 误 差 的 修 磨, 否 则 会 自 找 麻 烦 但 克 拉 克 在 修 整 带 差 时 实 际 上 修 磨 了 两 个 面 11) 在 检 验 前 检 验 后 及 继 续 加 工 前 要 有 足 够 的 时 间 使 热 效 应 消 失 12) 修 磨 时, 不 要 将 环 带 差 修 磨 过 头 ( 通 常 公 差 为 1/4λ), 这 点 很 重 要 因 为 加 工 到 这 一 步 已 经 花 费 了 大 量 的 精 力 和 资 金, 如 果 玻 璃 修 磨 过 头 后 就 很 难 再 修 整 回 来 只 有 计 算 机 在 计 算 过 程 中 可 以 在 光 学 表 面 上 再 加 上 一 层 玻 璃 下 面 提 出 的 一 些 方 法 能 使 一 项 困 难 的 工 作 变 为 意 想 不 到 的 易 于 实 现 的 工 作 若 焦 距 为 临 界 值, 而 初 始 检 验 的 焦 距 值 尚 未 达 到 时, 则 由 设 计 者 确 定 应 以 哪 个 零 件 作 为 修 整 件 要 修 改 焦 距 就 要 改 变 一 个 表 面 的 曲 率 半 径, 校 正 焦 距 以 前 不 必 进 行 带 差 的 修 整, 但 是 所 有 零 件 的 表 面 必 须 是 光 滑 的 用 刀 口 法 检 验 透 镜 组 时, 亮 暗 的 判 读 与 检 验 前 表 面 时 相 同, 但 与 反 射 表 面 相 反 检 验 象 质 时, 目 镜 是 重 要 的, 应 用 带 有 分 划 板 的 目 镜 来 测 量 象 斑 的 直 径 测 定 透 镜 系 统 的 误 差 ( 例 如 : 象 散 慧 差 球 差 ) 以 及 准 直 性 调 整 时 目 镜 的 作 用 是 重 要 的 高 质 量 的 透 镜 必 须 满 足 设 计 者 要 求 的 单 色 ( 红 黄 绿 蓝 ) 焦 距 焦 距 值 分 散 程 度 是 可 以 测 量 的, 例 如 以 汞 绿 线 的 焦 距 为 主, 则 由 它 颜 色 的 焦 距 值 可 了 解 透 镜 的 质 量 这 些 值 应 与 计 算 的 或 理 论 的 焦 距 值 一 致 参 考 文 献 : Twyman, F. Prism and Lens Making, Hilger and Watts, London, 1968,pp, Warner, D. J. Alvan Clark & Sons, Artists in Optics, U. S. National Museum, Bulletin (1968) 第 192 页

224 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 对 二 次 非 球 面 反 射 镜 与 自 准 直 透 镜 系 统 的 双 丝 检 验 和 单 丝 检 验 的 历 史 和 应 用 作 全 面 的 分 析 是 值 得 的 实 际 上, 双 丝 检 验 有 些 类 似 于 干 涩 检 验 ( 德 范 尼 法 ) 因 为 丝 的 图 样 可 以 转 换 成 准 干 涩 图, 即 用 带 光 学 平 板 的 自 准 直 法 检 验 透 镜 系 统 的 斜 率 偏 离 而 形 成 的 准 干 涩 图 ( 沃 德 Ward 等 ) 双 丝 与 单 丝 检 验 也 与 刀 口 检 验 罗 契 检 验 ( 布 朗, 第 节 ) 类 似 当 单 丝 与 针 孔 光 源 重 合 时, 双 丝 检 验 中 的 第 一 根 丝 ( 第 二 根 丝 是 参 考 丝 ) 与 单 丝 检 验 中 的 单 丝 形 成 围 绕 着 每 一 环 带 的 双 叉 线 或 罗 契 线 这 是 一 种 离 轴 装 置 本 文 也 介 绍 了 另 一 种 同 轴 检 验 装 置 测 量 二 次 非 球 面 或 光 学 成 像 系 统 的 斜 率 偏 离 时, 离 轴 与 同 轴 两 种 情 况 下 均 不 需 要 用 孔 径 模 板 1. 历 史 的 简 述 这 种 检 验 方 法 的 历 史 涉 及 许 多 分 支 单 丝 检 验 与 狭 缝 和 针 孔 光 源 有 关 许 多 业 余 望 远 镜 制 造 者 所 制 造 的 大 多 为 f/8 望 远 镜, 除 非 非 球 面 反 射 镜 为 f/5.5 左 右, 否 则 用 针 孔 光 源 就 不 可 能 出 射 罗 契 线 或 交 叉 边 界 线 而 用 单 丝 或 双 丝 检 验 得 到 的 成 功 率 为 6:1 金 (King) 在 1934 年 用 狭 缝 光 源 的 单 丝 使 罗 契 图 样 展 开 为 标 准 的 狭 缝 这 是 一 种 定 量 的 检 验 方 法, 但 是 要 观 察 到 罗 契 图 与 标 准 狭 缝 的 边 界 线 是 困 难 的 耶 格 利 (Yeagly) 于 1938 年 用 了 针 孔 光 源 与 单 丝, 但 是 他 使 用 的 反 射 镜 是 f/8, 所 以 看 不 到 罗 契 线 加 维 奥 拉 (Gaviola) 和 普 莱 兹 思 (Platzeth) 于 1939 年 用 带 狭 缝 光 源 的 单 丝 形 成 了 众 所 周 知 的 普 莱 兹 思 检 验 法 D. 马 拉 卡 拉 在 光 学 车 间 检 验 (New, York, 1978) 一 书 中 已 作 了 详 细 说 明 大 概 在 1965 年 以 前, 锡 特 拉 斯 (Citrus) 大 学 的 光 学 工 艺 教 师 J. 肯 特 在 该 地 区 的 空 间 公 司 工 作 时 就 全 面 研 究 了 单 丝 检 验, 他 的 发 明 发 表 于 1968 年 罗 密 斯 用 这 种 检 验 法 来 测 定 90in 反 射 镜 的 表 面 斜 率 偏 差 肯 特 更 进 一 步 指 出 (1968 年 ) 了 检 验 任 何 二 次 非 球 面 时, 偏 心 与 矢 高 间 有 一 种 简 单 的 关 系 有 关 这 方 面 内 容 在 其 它 章 节 中 再 作 详 细 叙 述 概 述 单 丝 检 验 的 历 史 可 以 看 出, 用 单 丝 检 验 及 针 孔 光 源 可 以 做 许 多 实 验, 但 是 用 它 来 观 察 罗 契 线 的 结 构 是 失 败 了 柯 克 斯 的 热 丝 检 验 失 败 的 原 因 是 焦 比 只 有 f/7, 因 为 单 丝 周 围 的 气 流 扰 动 会 带 来 影 响 2. 单 丝 检 验 肯 特 设 计 的 单 丝 检 验 由 移 动 量 为 0.008in 的 单 丝 与 0.005in 的 固 定 针 孔 光 源 组 成 光 源 与 检 验 单 丝 稍 许 离 轴, 并 用 聚 光 系 统 以 强 光 照 明 ( 见 图 2.8.1) 针 孔 交 叉 的 罗 契 线 将 绕 过 每 一 环 带 当 单 丝 沿 着 非 球 面 凹 面 反 射 镜 的 轴 向 平 面 移 动 时, 罗 契 线 精 确 地 对 准 用 铅 笔 作 过 记 号 的 环 带 ( 见 图 2.8.2) 图 28.1 单 丝 检 验 二 次 非 球 面 的 光 学 装 置 图 28.2 单 丝 或 双 丝 检 验 装 置 形 成 双 叉 罗 契 线 结 构 ( 当 该 检 验 装 置 沿 着 轴 向 平 面 移 动 时, 可 以 检 验 任 何 预 先 作 有 记 号 的 环 带 ) 检 验 装 置 可 定 量 测 定 被 检 反 射 镜 的 环 带 偏 差 如 果 针 孔 不 动, 移 动 检 验 丝 则 可 测 出 y 2 /R 值 或 测 量 出 两 倍 于 抛 物 面 的 矢 高, 如 果 针 孔 与 单 丝 做 成 一 体 移 动, 则 抛 物 面 的 斜 率 偏 差 等 于 h 2 /2R 这 里 R 为 曲 率 半 径,y 是 环 带 高 度 或 者 是 作 有 记 号 的 径 向 环 带 表 类 似 于 表 26.3, 首 先 列 第 193 页

225 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 出 环 带 偏 差 的 测 量 值, 然 后 定 量 分 析 应 如 何 光 学 修 磨 大 孔 径 f/3 抛 物 面 反 射 镜 抛 物 面 要 进 一 步 修 磨 到 0.05λ 因 为 这 已 是 大 孔 径 f 数 离 轴 检 验 的 极 限, 所 以 应 该 使 用 共 轴 检 验 装 置 ( 见 图 28.3 的 上 面 ) 3. 双 丝 检 验 我 所 用 的 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 类 似, 双 丝 检 验 文 章 发 表 于 单 丝 (1967) 检 验 之 前,1970 年 又 发 表 了 文 章 对 此 作 了 进 一 步 叙 述 实 际 上, 早 在 1963 年, 由 Northron 公 司 的 厂, 格 里 菲 思 (Griffith) 和 我 在 制 造 大 型 风 洞 光 学 元 件 时 就 采 用 了 这 种 检 验 装 置 双 丝 检 验 是 检 验 反 射 镜 或 成 象 系 统 的 一 种 新 型 的 定 量 和 定 性 的 检 验 方 法 这 种 方 法 使 焦 点 图, 图 28.3 用 双 丝 或 单 丝 或 刀 口 的 检 验 装 置 测 量 环 带 罗 契 图 和 干 涉 图 间 存 在 几 种 关 系 斜 率 偏 差 的 几 何 图 形 有 关 这 方 面 的 内 容 将 在 第 二 十 九 章 中 讨 论 图 28.4 说 明 了 从 良 好 地 校 正 过 的 自 直 系 统 出 射 的 会 聚 光 束 经 过 焦 点 后 再 发 散 的 情 况 两 根 细 丝 置 于 焦 内 和 焦 外 相 等 距 离 处, 并 沿 着 垂 直 于 光 锥 方 向 横 向 移 动, 则 可 直 接 显 示 出 整 个 λ 瞳 或 被 测 环 带 放 大 的 投 影 象 对 每 一 个 校 正 良 好 的 系 统, 细 丝 在 任 何 环 带 上 都 将 投 影 出 两 个 等 间 隔 的 平 行 线 从 图 28.4(b) 中 可 以 看 到 球 差 校 正 不 足 时 的 检 验 结 果 这 种 图 样 与 校 正 良 时 的 图 样 不 同, 两 根 曲 线 或 罗 契 线 有 不 同 的 曲 率 半 径, 而 且 它 们 与 出 瞳 光 学 中 心 的 关 系 是 相 反 的 图 28.4c 表 示 球 差 校 正 过 头 的 检 测 结 果, 两 根 曲 线 与 上 述 相 反, 并 且 其 曲 率 半 径 也 不 等 大 多 数 光 学 技 工 在 修 磨 光 学 系 统 时 将 孔 径 分 割 为 两 个 相 等 的 区 域 一 般 是 用 从 中 图 28.4 用 双 丝 检 验 球 差 校 正 程 度 时 的 心 到 带 的 中 心 区 域 与 带 到 边 缘 罗 契 线 结 构 的 边 缘 区 域 作 比 较 由 于 修 磨 得 不 好 或 光 学 玻 璃 折 射 率 的 变 化, 形 成 了 局 部 的 不 规 则 误 差 图 28.5 表 示 修 磨 典 型 光 学 系 统 时 某 些 一 般 性 的 误 差 光 学 系 统 利 用 一 块 光 学 平 板 发 射 出 平 行 光 束 请 注 意 细 丝 检 验 图 形 与 下 边 罗 契 图 的 关 系, 它 们 与 第 二 十 七 章 讨 论 的 准 干 涉 图 类 似 图 中 显 示 了 准 直 系 统 焦 内 的 凹 面 镜 检 验 变 为 焦 外 检 验, 反 之 亦 然 a 图 说 明 中 心 区 域 是 高 峰 而 边 缘 无 环 带 差 的 检 验 图 样 b 图 说 明 中 心 区 域 是 低 谷 而 边 缘 无 环 带 差 的 检 验 图 样 c 图 说 明 中 心 区 域 无 环 带 差 而 边 缘 带 区 有 翘 边 时 的 检 验 图 样 d 图 是 中 心 区 域 修 磨 良 好 而 边 缘 带 区 有 塌 边 的 检 验 图 样 e 图 是 中 心 区 域 呈 低 谷 ( 或 过 校 正 ) 而 边 缘 带 区 有 翘 边 的 图 样 第 194 页

226 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 对 其 它 情 况 也 可 以 画 出 各 种 不 同 形 状 的 图 样 这 里 只 是 从 原 理 上 作 些 说 明 双 丝 检 验 同 样 能 变 为 刀 口 检 验, 只 要 将 第 一 根 丝 改 用 刀 口 就 可 以 了 刀 口 检 验 的 阴 影 图 ( 焦 点 图 ) 与 双 丝 图 样 的 关 系 是 有 指 导 意 义 的 要 注 意 : 检 验 时 如 果 第 二 根 细 丝 太 靠 近 眼 镜 则 会 产 生 衍 射 效 应 焦 点 图 的 判 读 方 法 已 众 所 周 知 ( 见 第 二 十 六 章 ) 在 平 行 光 装 置 中 零 位 修 整 折 射 元 件 系 统, 计 算 斜 率 偏 差 时 应 认 为 光 束 来 自 于 刀 口 的 同 一 侧, 而 检 验 任 何 反 射 元 件 时, 则 不 管 实 际 光 源 在 哪 里, 总 认 为 光 束 是 由 刀 口 的 对 面 出 射 的 单 独 使 用 刀 口 时, 需 要 有 丰 富 的 经 验 来 正 确 地 判 断 所 观 察 到 的 焦 点 图 但 是, 如 果 同 时 用 双 丝 或 罗 契 检 验, 则 图 形 的 判 读 大 为 简 化 双 丝 检 验 的 装 置 类 似 于 单 丝 检 验 装 置 图 28.6 示 出 了 两 种 装 置 第 一 种 是 共 轴 检 验 仪, 它 由 两 根 固 定 的 细 丝 与 针 孔 光 源 组 成, 并 在 中 间 插 入 45/45 镀 膜 薄 片 针 孔 光 源 发 出 的 光 束 经 部 分 反 射 的 镀 铝 表 面 反 射, 然 后 再 由 被 检 表 面 反 射 这 里 要 用 高 功 率 的 卤 素 光 源 及 大 孔 径 的 聚 光 系 统, 从 而 形 成 了 带 有 光 源 的 双 丝 检 验 装 置 第 二 种 型 式 是 由 固 定 的 光 源 形 成 的 一 种 离 轴 检 验 仪 此 时 由 于 存 在 视 差, 不 能 检 验 f/2.5 或 大 孔 径 抛 物 面 及 任 何 其 他 形 式 的 二 次 光 学 反 射 面 已 用 离 轴 单 丝 或 双 丝 检 验 过 f/3 或 小 孔 径 抛 物 面 或 圆 锥 表 面 必 须 记 住 : 如 果 用 可 动 光 源 及 双 丝 检 验 装 置, 则 可 测 量 出 y 2 /R 值 其 中 y 是 反 射 镜 上 预 先 作 有 记 号 的 径 向 环 带 值,R 是 曲 率 半 径 显 然 双 丝 检 验 仪 中 的 第 一 根 细 丝 成 的 双 叉 的 罗 契 线, 它 垂 直 于 主 轴 焦 散 线 的 轴 向 部 分 ( 见 图 28.1) 第 二 条 吸 收 是 定 方 向 的 参 考 线, 当 可 动 的 检 验 装 置 平 移 到 轴 外 时 用 第 二 根 细 丝 防 止 平 移 双 叉 圆 形 成 离 轴 的 椭 圆 图 形 检 验 装 置 很 容 易 制 作, 它 由 三 根 铜 管 组 成, 其 中 两 根 铜 管 的 一 端 焊 有 0.008in 的 细 丝, 将 这 两 根 铜 管 均 垂 直 于 同 一 平 面 检 验 时 根 据 系 统 的 f 数 改 变 两 根 细 丝 间 的 距 离, 以 达 到 满 足 圆 锥 角 的 要 求 例 如, f/16.2 系 统, 两 根 细 丝 大 约 相 隔 0.75in 第 195 页 图 28.5 两 种 型 式 的 光 学 系 统 带 区 相 差 的 罗 契 检 验 图 样 图 28.6 上 面 部 分 表 示 将 双 丝 针 孔 光 源 平 行 薄 片 组 合 为 一 个 检 验 装 置, 构 成 共 轴 双 丝 检 验 下 面 部 分 表 示 用 两 个 装 置 组 合 而 成 的 离 轴 双 丝 检 验 仪

227 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 检 验 施 密 特 卡 塞 格 林 自 准 直 系 统 的 环 带 球 差 的 校 正 状 况 时, 必 须 精 确 地 确 定 双 丝 的 方 位 角 这 可 用 100 显 微 镜 调 整 从 望 远 镜 返 回 的 双 丝 象 达 到 如 果 双 丝 的 两 个 象 靠 近 出 瞳 的 中 心 区 域, 则 易 于 找 到 出 瞳 即 沿 着 光 学 台 的 轴 向 平 面 滑 动 检 验 装 置, 直 到 双 丝 具 有 相 等 的 强 度 为 止 然 后 用 一 根 棒 夹 住 双 丝 并 轻 轻 地 转 动, 使 其 位 于 出 瞳 的 中 心 如 图 28.7 所 示, 用 横 向 螺 旋 移 动 有 双 丝 的 托 架, 使 双 丝 横 过 象 平 面 上 的 任 何 带 区 ( 见 图 28.2) 被 照 相 的 针 孔 直 径 大 约 为 0.003in, 为 了 用 非 镀 膜 反 射 镜 可 观 察 到 双 叉 圆 线, 必 须 用 强 光 照 明 4 定 量 检 验 第 二 章 中 已 经 概 括 讨 论 过 大 孔 径 ( 大 约 f/3) 凹 抛 物 面 反 射 镜 的 检 验 方 法 通 常 采 用 图 28.6 上 面 部 分 所 示 的 光 学 装 置 因 为 存 在 视 差, 使 固 定 的 离 轴 针 孔 与 检 验 丝 产 生 误 差 记 住 : 单 丝 或 双 丝 与 光 源 的 距 离 必 须 是 1/32in, 接 近 离 轴 型 检 验 装 置 的 使 用 极 限 罗 密 斯 和 其 他 光 学 工 作 者 已 成 功 地 用 离 轴 检 验 法 检 验 了 f/3 的 圆 锥 表 面 当 然, 图 28.7 双 丝 检 验 装 置 的 配 置 图 用 共 轴 检 验 则 更 好 但 是 共 轴 检 验 仪 需 要 用 高 强 度 的 针 孔 光 源 照 明 装 置, 以 便 在 非 镀 铝 的 反 射 镜 上 可 以 观 察 到 双 叉 罗 契 线 的 细 丝 用 共 轴 或 离 轴 检 验 装 置 检 验 非 球 面 系 统 类 似 于 在 反 射 镜 曲 率 中 心 处 的 刀 口 检 验 或 图 28.6 所 示 的 自 准 直 系 统 在 用 双 丝 检 验 非 球 面 反 射 镜 时, 在 任 何 径 向 环 带 上 第 一 根 细 丝 分 裂 成 罗 契 圆 线 ( 用 软 铅 笔 以 一 定 精 度 预 先 作 上 记 号 ) 圆 线 与 检 验 装 置 在 非 球 面 反 射 镜 上 的 轴 平 面 位 置 有 关, 应 该 将 反 射 镜 和 检 验 台 固 紧, 但 检 验 装 置 必 须 可 以 移 动, 其 最 大 移 动 量 可 以 是 0.25in 第 二 根 丝 作 为 滑 动 装 置 中 的 参 考 线, 将 滑 动 装 置 移 动 一 段 短 的 距 离 来 测 量 被 检 反 射 镜 的 斜 率 偏 差 共 轴 检 验 时, 要 使 针 孔 与 两 根 细 丝 共 轴, 其 中 半 反 射 薄 片 与 第 二 根 细 丝 有 着 重 要 的 作 用 测 量 f/3 或 更 深 非 球 面 的 斜 率 偏 离 时, 要 经 常 检 验 双 叉 线 中 心 线 的 定 中 情 况 和 罗 契 线 的 位 置 其 步 骤 如 下 : 1) 从 反 射 镜 中 心 的 死 点 开 始 横 穿 反 射 镜 以 一 定 的 精 度 用 软 铅 笔 在 相 隔 0.5in 的 环 带 上 作 个 记 号 2) 在 反 射 镜 上 找 出 第 一 根 细 丝 形 成 的 罗 契 线 或 双 叉 图 样 3) 沿 着 轴 向 平 面 或 径 向 移 动 检 验 装 置, 并 观 察 罗 契 线 是 否 精 确 地 位 于 作 有 记 号 的 径 向 环 带 上 4) 找 出 靠 近 眼 睛 的 第 二 根 参 考 细 丝, 检 验 内 外 环 带 时, 不 管 横 向 位 移 在 何 处 总 是 用 第 二 根 细 丝 来 进 行 观 察 的 5) 从 最 边 缘 开 始 记 录 测 量 下 来 的 环 带 偏 离 值 ( 取 五 次 读 数 的 平 均 值 ) 一 般 假 设 最 边 缘 是 正 确 的 或 者 测 量 误 差 为 零 当 然, 如 果 已 存 在 翘 边 ( 或 塌 边 ), 则 边 缘 环 带 不 能 作 为 测 量 的 起 点 对 快 完 工 的 反 射 镜 由 图 形 判 读 出 总 误 差 为 1/10λ 时, 则 经 常 会 出 现 塌 边, 在 这 种 情 况 下 应 以 其 他 区 域 为 起 点, 例 如 以 环 带 为 零 点 将 罗 契 线 移 到 最 边 缘 环 带 或 任 何 其 他 环 带, 由 于 使 用 了 传 统 的 遮 光 板, 其 开 孔 位 于 某 些 区 域 ( 见 表 26.3 中 心 环 带 14 和 15) 因 而 导 致 误 差 但 是 用 已 介 绍 过 的 两 种 细 丝 检 验 中 的 任 何 一 种 方 法 测 量 环 带 的 斜 率 偏 差 时, 韦 兹 沃 思 (Wadsworth) 效 应 就 不 明 显 了 比 较 表 28.1 与 表 26.3, 注 意 用 单 丝 或 双 丝 检 验 时 不 要 用 带 孔 的 遮 光 板 表 28.1 中 的 遮 光 板 是 从 中 心 带 开 始, 环 带 区 域 间 有 1in 的 间 隔 在 反 射 镜 的 中 间 带 区 可 观 察 到 最 差 的 环 带 斜 率 误 差 由 于 反 射 镜 的 中 间 环 带 有 直 径 为 6in 的 孔, 所 以 要 在 环 带 4 上 重 新 建 立 称 之 为 零 点 的 参 第 196 页

228 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 考 点, 然 后 再 求 和 这 些 问 题 留 给 读 者 作 为 例 子 自 行 练 习, 如 试 分 析 能 否 满 足 抛 物 面 反 射 镜 公 差 为 1/16λ 的 要 求 5 衍 射 极 限 系 统 麦 克 格 尔 (McGuire) 对 衍 射 极 限 系 统 提 出 了 一 个 简 单 的 公 式 s=n 2 Cd (28-1) 式 中,s 是 公 式 的 偏 差 ;C 为 取 决 于 光 学 检 验 装 置 型 式 及 系 统 几 何 特 性 的 常 数 如 果 光 源 固 定, 检 验 丝 装 置 沿 着 光 轴 移 动 则 C 值 为 in 如 果 光 源 可 动,C 值 为 in, 上 述 两 种 值 都 适 用 于 在 反 射 角 的 曲 率 中 心 作 检 验 要 希 望 C 值 (C 为 in) 更 大 时 则 要 用 上 述 C 值 (C 为 ) 的 两 倍 这 里 只 局 限 于 孔 径 小 于 f/3 的 非 球 面, 因 为 对 大 孔 径 物 镜 要 将 光 源 与 检 验 装 置 安 装 成 共 轴 是 困 难 的 N 是 圆 锥 面 的 f 数, 即 为 数 值 孔 径 倒 数 的 二 分 之 一 自 准 直 检 验 时 用 可 动 的 镀 铝 平 板 刀 口 或 单 丝 双 丝 在 这 种 情 况 下 光 线 两 次 投 射 于 非 球 面,C 值 也 是 in 如 果 自 准 直 装 置 中 只 有 刀 口 单 丝 或 双 丝, 装 置 是 可 以 移 动 的, 则 C 值 为 in 肯 特 指 出, 光 轴 与 任 何 圆 锥 表 面 法 线 交 点 的 分 步 范 围 等 于 圆 锥 曲 面 的 最 大 矢 高 乘 以 偏 心 率 的 平 方 或 Dn=e 2 a s (28-2) 式 中,Dn 是 法 线 的 分 布 范 围,e 是 圆 锥 曲 面 的 偏 心 率,a s 是 非 球 面 的 矢 高 首 先 用 矢 高 的 级 数 表 达 式 计 算, 然 后 由 方 程 求 得 任 何 圆 锥 曲 面 的 中 心 与 边 缘 环 带 间 的 细 丝 或 刀 口 的 位 移 量 a s a s =r 2 /2R+r 4 (1-e 2 )/8R 3 (28-3) 式 中,r 是 半 直 径,R 是 曲 率 半 径 对 抛 物 面 e=1, 位 移 量 变 为 我 们 熟 悉 的 式 子 :r 2 /R( 它 们 取 决 于 光 学 装 置 的 型 式 ) 由 方 程 (28-3) 可 以 看 出, 任 何 圆 锥 曲 面 的 位 移 量 近 似 地 正 比 于 偏 心 率 的 平 方 例 如 修 磨 戴 尔 - 柯 尔 黑 姆 (Kirham) 椭 圆 主 镜, 其 偏 心 率 为 0.90mm, 曲 率 半 径 为 200mm, 直 径 为 240mm, 环 带 差 的 测 量 精 度 为 1/32λ, 矢 高 计 算 值 为 3.60mm( 只 取 方 程 (28-3) 中 第 一 项 ), 根 据 位 移 量 求 得 许 可 的 误 差 为 (200/240) (1/32)=0.15mm 总 的 环 带 位 移 小 于 1/40λ, 这 就 说 明 测 量 修 磨 非 球 面 是 一 件 复 杂 的 事 情 用 霍 尔 隆 所 述 的 零 位 光 学 装 置 零 位 透 镜 浸 液 检 验 法 可 以 修 磨 而 达 到 平 滑 的 非 球 面 位 移 公 差 的 计 算 表 明, 非 球 面 的 质 量 可 以 保 证 在 一 个 波 长 以 内 双 丝 检 验 或 肯 特 双 丝 检 验 是 罗 契 检 验 和 傅 科 阴 影 检 验 的 组 合 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 法 优 于 普 劳 斯 凯 特 (Plasket) 和 加 维 奥 拉 提 出 的 方 法 由 几 个 不 同 的 观 察 者 用 单 丝 检 验 法 测 量 罗 密 斯 90in 抛 物 面 面 形 时 的 显 著 功 效 证 明 了 这 一 点 双 丝 检 验 于 1963 年 设 计 成 功, 为 风 洞 光 学 系 统 制 作 了 两 块 32.5in 的 抛 物 面 6 玻 璃 投 射 系 统 假 如 我 们 制 造 一 台 直 径 为 12.5in 主 焦 距 F 1 为 50in 放 大 率 4 倍 有 效 焦 距 F 为 200in 的 卡 塞 格 林 系 统 若 从 主 镜 前 表 面 到 后 焦 面 的 距 离 d 为 12.5in, 则 反 射 镜 间 距 离 s 为 37.5in 公 式 : s=f 1 (F -d)/(f 1 +F ) (28-4) 若 次 镜 与 前 焦 点 的 距 离 p=12.5in, 次 镜 与 后 焦 点 距 离 p =50in( 放 大 率 =p /p), 则 可 由 下 式 计 算 次 镜 的 曲 率 半 径 : R1=2pp /(p- p) (28-5) 在 我 们 列 举 的 例 子 中,R 1 达 到 33.33in 如 果 选 择 R 2 为 1.2R 1, 则 R 2 为 40in 如 果 次 镜 直 径 为 4in( 在 这 个 例 子 中 大 约 是 3.6in), 则 次 镜 的 焦 比 为 f/10 这 样 易 于 经 修 磨 及 检 验 达 到 要 求 6.1 检 验 次 镜 的 公 式 现 在 我 们 需 要 计 算 被 检 透 镜 的 轴 向 相 差 LA 或 者 检 验 时 从 次 镜 的 中 心 到 其 边 缘 刀 口 ( 光 源 ) 的 移 动 量 如 果 修 磨 得 满 意, 则 边 缘 环 带 比 计 算 值 更 偏 离 反 射 镜 为 了 建 立 公 式 需 作 下 列 定 义 : C1: 次 镜 凸 面 的 曲 率 =1/R C2: 后 凹 面 的 曲 率 =1/R 2 T: 次 镜 的 中 心 厚 度 ; 第 197 页

229 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 C: 曲 率 =C 1 -C 2 +C 1 C 2 T; N: 所 使 用 光 源 波 长 的 玻 璃 折 射 率 ; P=C(N-1);A: 放 大 率 ; Q=(A+1) 2 /(A-1) 2 ; L=(T-C 1 T)(C 1 +P); y: 被 检 环 带 的 半 径 如 果 主 镜 的 相 对 孔 径 小 于 f/3.5 时, 则 由 下 式 计 算 轴 向 相 差 LA 1/2NQC 2 1 +NCP(1-C 1 T)(NC+C 1 )y 2 /(C 1 +P) 2 (28-6) 由 公 式 (28-3) 推 导 出 主 镜 轴 向 球 差 表 达 式 主 镜 的 轴 向 球 差 在 A.E. 康 拉 弟 (Conrady) 著 的 Applied Optics and Optical Design, Dover 1957 P85 中 叙 述, 并 在 反 射 系 统 中 给 出 了 双 曲 面 球 差 公 式 公 式 的 原 始 形 式 是 有 用 的, 并 且 大 多 数 采 用 熟 练 的 G 求 和 法 计 算 球 差 在 现 在 的 情 况 下, 光 学 系 统 是 很 简 单 的, 由 狭 缝 射 出 的 光 束 经 自 准 直 系 统 汇 聚 于 其 本 身, 这 样 不 必 用 复 杂 的 公 式 就 考 虑 了 反 射 镜 的 厚 度 T 如 果 R 1 R 2 差 别 不 大, 则 第 二 表 面 很 少 折 射 新 的 表 达 式 对 初 级 相 差 而 言 是 非 常 精 确 的 刀 口 与 光 源 应 该 靠 近, 以 使 离 轴 的 相 差 不 会 影 响 检 验 结 果 在 我 们 例 子 中 C 1 =1/33.33=0.03;C 2 =1/40=0.025 如 果 用 派 勒 克 斯 玻 璃 将 次 镜 厚 度 做 为 0.6in, 并 用 黄 色 虑 光 片 检 验 之,N 值 ( 要 求 的 波 长 为 5893A) 大 约 为 1.474, 可 以 计 算 出 G= 接 着 计 算 O= ,Q=25/9=2.778,L=0.982/ =30.14 最 后 计 算 从 反 射 镜 后 表 面 ( 检 验 时 的 前 表 面 ) 到 刀 口 的 距 离 ( 以 英 寸 表 示 ) 但 是 从 反 射 镜 后 表 面 上 观 察 到 的 阴 影 则 不 受 反 射 的 干 扰 将 上 述 值 代 入 公 式,LA 变 为 ( )y 2 将 计 算 结 果 写 成 两 项 来 表 示, 即 相 对 值 Q( 或 为 双 曲 面 项 ) 和 球 差 项 球 差 是 由 于 球 面 上 两 次 折 射 ( 进 与 出 ) 引 起 的, 第 一 项 大 约 是 第 二 项 的 75 倍! 有 效 焦 距 为 200in 直 径 为 12.5in 的 卡 塞 格 林 系 统 中, 从 主 镜 出 射 的 边 光 大 约 以 1.8in 离 轴 量 投 射 于 次 镜 上 令 y=1.8in 计 算 双 曲 面 的 LA 值 为 in, 加 上 折 射 项 in, 总 的 是 in 如 果 不 在 中 心 ( 轴 上 ) 检 验 而 是 在 边 缘 环 带 检 验, 刀 口 与 光 源 相 对 次 镜 再 移 动 in, 这 个 很 大 的 移 动 量 使 被 检 验 的 阴 影 变 得 强 而 明 显 对 中 间 环 带 移 动 量 应 该 更 小 例 如 0.7 环 带 (y=1.26in) 移 动 量 为 in, 而 且 用 内 反 射 光 检 验, 而 不 是 直 接 用 环 带 遮 光 板 的 方 法 因 为 光 由 检 测 点 发 散,y 环 带 值 位 于 双 曲 面 上, 所 以 可 用 纤 维 尖 头 画 笔 在 凸 面 作 上 记 号 y, 以 便 修 整, 阴 影 的 凸 尖 作 为 抛 修 抛 光 表 面 的 对 照 记 号 本 节 引 自 天 空 与 望 远 镜, 该 书 作 者 J.L. 理 查 特 (Richter),1970 年 1 月 出 版 于 洛 杉 矶 本 文 指 出 制 作 双 曲 面 时 用 刀 口 检 验 的 环 带 斜 率 计 算 法 由 于 阴 影 的 存 在 要 在 预 先 有 记 号 的 环 带 上 测 定 y 值 是 困 难 的, 因 而 使 它 的 应 用 收 到 了 限 制 显 然 用 双 丝 或 双 丝 检 验 找 出 双 叉 图 样 的 罗 契 线 是 方 便 的 用 这 种 方 法 制 作 了 卡 塞 格 林 望 远 镜 次 镜, 而 且 是 业 余 望 远 镜 制 作 次 镜 的 最 直 接 方 法 图 28.8 是 双 丝 检 验 仪 的 光 学 装 置, 双 丝 必 须 是 一 个 整 体, 以 使 计 算 简 化 7 总 结 由 于 里 奇 遮 光 板 法 中 有 许 多 固 定 的 误 差, 故 环 带 的 斜 率 偏 差 测 量 中 全 部 采 用 了 细 丝 检 验 双 丝 检 验 比 单 丝 检 验 的 一 个 优 点 是 所 有 的 一 根 参 考 细 丝 可 以 检 验 双 叉 图 样 本 身 的 中 心 线 与 第 二 根 参 考 细 丝 是 否 匹 配 这 对 检 验 焦 比 小 的 非 球 面 是 最 重 要 的 必 须 记 住 : 任 何 圆 锥 曲 面 有 它 自 己 的 偏 心 值 由 于 方 程 (28-3) 中 是 平 方 项 设 计 时 e 即 使 为 负 值 也 变 为 了 正 值 抛 物 面 e 是 1(100%), 椭 圆 面 e 总 是 小 于 1(100%), 而 双 曲 面 大 雨 1(100% 正 ) 第 198 页

230 第 二 十 八 章 双 丝 检 验 与 单 丝 检 验 图 28.8 制 作 卡 塞 格 林 望 远 镜 双 曲 面 次 镜 时, 透 过 玻 璃 作 里 奇 双 丝 或 单 丝 检 验 ( 这 也 涉 及 斜 率 的 计 算 ) 参 考 文 献 : Bell. L. The Telescope, McGraw-Hill, New York, 1922, p. 40 De Vany, A. S. Spherical Aberration Analysis by Double Wire Testing, Appl. Opt., 6, (1967) De Vany, A. S. Supplement to Spherical Aberration Analysis by Double Wire Testing, Appl. Opt., 9, (1970) Gaviola, E. On the Quantitative Use of the Foucault Knife-Edge Test, J. Opt. Soc. Am., 26,163(1936) Kent, J. J. Jr., private communication, 1967 Loomis, D. A. Newsletter, Optical Science Center, University of Arizona, 3, 75 (1968) Loomis, D. A., private communication, 1971 King, J. H. A Quantative Optical Test for Telescope Mirrors, J. Opt. Soc, Am., April King, J. H. A Quantative Optical Test for Telescope Mirrors, in Amateur Telescope Making Advance, Book One, A. G. Ingalls, Ed., Sci. Am., (1948) Selby, H. H. Notes on the Optical Testing of Aspheric Surface, in Amateur Telescope Making, Book Two, A. G. Ingalls, Ed., Sci. Am., (1959) Ward, J. E. et al., Lens Aberration Correction by Holography, Appl. Opt., 10, (1971) Yeagle, H. L. How to Make a Telescope, The Sky (fore-runner of Sky and Telescope) April 1934 第 199 页

231 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 修 磨 光 学 面 形 的 干 涉 检 验 分 为 干 涉 计 量 和 干 涉 条 纹 图 形 两 种 用 下 列 干 涉 计 量 和 干 涉 装 置 ( 罗 契 ) 来 测 试 和 各 种 长 焦 距 照 相 镜 头 和 单 个 光 学 元 件, 同 时 也 能 组 成 自 准 直 装 置 图 29.1 所 示 的 测 试 装 置 表 明, 可 以 用 许 多 光 学 干 涉 计 量 部 件 的 组 合 来 测 试 正 在 修 磨 的 抛 物 面 镜, 例 如 施 密 特 - 格 林 校 正 板 等 各 种 偏 振 干 涉 仪 科 斯 特 棱 镜 穆 翟 和 沙 德 斯 (Saunders) 立 方 体 罗 契 光 栅 等 都 可 以 适 当 组 合 起 来 图 29.1 中 有 折 射 元 件 或 反 射 元 件 ( 施 密 特 - 格 林 系 统 中 两 种 元 件 都 有 ), 分 析 这 些 元 件 的 作 用, 可 对 干 涉 计 量 模 式 作 出 正 确 判 读 光 学 检 测 过 程 中, 反 射 系 统 会 出 现 许 多 奇 特 的 有 趣 图 29.1 两 种 ( 反 射 式 和 折 射 式 ) 的 现 象 成 象 系 统 的 光 学 测 试 用 于 比 较 和 检 测 的 干 涉 仪 器 有 如 下 几 种 : 科 斯 特 波 面 转 向 棱 镜 沙 德 和 穆 翟 立 方 体 带 激 光 光 源 的 穆 翟 平 行 平 板 法 兰 柯 - 卫 雷 特 (Franco-Veret) 改 进 型 干 涉 仪 和 新 研 制 成 功 的 ( 德 范 尼 ) 巴 比 特 光 学 补 偿 器 干 涉 仪 许 多 光 学 车 间 使 用 如 图 29.2 所 示 的 装 有 巴 比 特 光 学 补 偿 器 的 干 涉 仪 器 来 测 量 应 力 或 者 用 于 风 洞 试 验 中 图 中 显 示 了 一 个 可 拆 卸 的 并 可 以 放 入 巴 比 特 光 学 补 偿 器 光 孔 中 的 装 置 该 装 置 中 的 一 块 偏 振 片 胶 合 在 小 直 角 棱 镜 的 小 型 光 学 平 板 上, 棱 镜 使 水 银 灯 的 小 孔 朝 向 被 测 试 的 光 学 元 件 ; 第 二 块 偏 振 片 胶 全 在 直 角 棱 镜 上, 在 胶 合 剂 干 燥 前 必 须 转 动 偏 振 片, 并 对 准 凹 面 镜 曲 率 中 心 检 测 由 于 受 光 学 补 偿 器 光 孔 的 限 制, 光 学 元 件 必 须 做 得 很 小 晶 体 装 在 10*10mm 的 方 框 里 如 果 将 透 镜 取 下, 则 可 用 带 尼 科 尔 (Nicol) 棱 镜 的 目 镜 若 将 整 个 装 置 装 上 一 只 簧 片 式 的 具 有 直 径 0.125mm 小 孔 的 水 银 灯, 则 该 装 置 可 用 来 图 29.2 容 易 制 作 的 几 种 干 涉 检 验 装 置 穆 翟 立 方 棱 镜 测 试 玻 璃 的 应 力 和 均 匀 性, 也 可 以 用 作 干 使 用 激 光 光 源 ; 巴 比 特 补 偿 器 使 用 水 银 灯 作 光 源 涉 计 量 测 试 有 关 光 学 玻 璃 光 学 均 匀 性 的 测 试 第 五 章 根 据 干 涉 计 量 仪 器 的 重 要 性 将 它 按 下 列 顺 序 排 列 : 罗 契 干 涉 仪 穆 翟 立 方 棱 镜 ( 见 图 29.2) 干 涉 仪 科 斯 特 干 涉 仪 法 兰 柯 - 卫 雷 特 干 涉 仪 和 巴 比 特 光 学 补 偿 干 涉 仪 及 贝 特 斯 (Bates) 剪 切 干 涉 仪 检 验 大 球 差 的 光 学 系 统 时 光 学 技 术 人 员 喜 欢 选 用 粗 的 罗 契 光 栅 (60l/in)( 参 见 图 29.3 的 上 图 ) 图 29.3 下 面 部 分 为 焦 内 罗 契 图, 这 种 图 形 表 示 了 透 射 元 件 ( 例 如 平 行 光 束 中 的 施 密 特 正 板, 参 见 图 29.1) 的 光 学 面 形 其 最 后 图 29.3 与 不 同 球 差 值 对 应 的 几 个 罗 契 图 形 全 部 一 幅 为 用 了 较 细 的 罗 契 光 栅 (100l/in) 后 元 件 都 是 透 射 型 的 ( 光 学 校 正 板 就 是 一 个 透 射 的 图 形 用 自 准 直 平 面 或 透 镜 准 直 仪 检 验 元 件 ), 并 在 焦 内 作 测 量 第 200 页

232 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 自 准 直 透 镜 系 统 时, 沙 德 斯 和 穆 翟 立 方 棱 镜 法 兰 柯 - 卫 雷 特 巴 比 特 和 穆 翟 光 学 补 偿 仪 投 射 的 径 向 剪 切 干 涉 图 在 许 多 方 面 是 极 为 相 似 的 光 学 测 试 时 用 这 些 干 涉 仪 有 助 于 判 读 罗 契 图 与 干 涉 图 间 的 相 互 关 系 光 学 工 程 师 喜 欢 选 择 法 兰 柯 - 卫 雷 特 和 巴 比 特 光 学 补 偿 式 干 涉 仪 因 为 它 们 带 有 窄 带 滤 波 片 因 而 可 以 测 试 球 色 差 用 带 有 球 面 镜 的 穆 翟 干 涉 仪 可 以 测 试 玻 璃 的 均 匀 性 ( 参 见 第 五 章 ) 在 光 学 石 英 与 其 它 光 学 玻 璃 的 四 周 可 以 观 察 到 明 显 浮 现 出 的 色 彩 当 色 彩 在 整 个 毛 坯 时 漫 延 开 来 时 是 十 分 美 丽 的 轻 微 移 动 光 学 补 偿 器 的 滑 动 尖 楔, 就 可 以 改 变 色 彩 1. 罗 契 和 刀 口 测 试 仪 的 制 造 备 有 美 国 光 学 显 微 镜 照 明 装 置 的 罗 契 检 验 仪 比 较 容 易 制 造 这 种 强 的 照 明 系 统 经 常 用 来 测 试 非 镀 表 面, 并 且 其 亮 度 是 可 以 调 节 的 图 29.4 中 接 近 直 角 棱 镜 边 缘 处 刻 有 光 狭 缝, 通 过 狭 缝 可 以 看 到 罗 契 光 栅 各 种 频 率 的 罗 契 光 栅 可 以 调 换 为 了 提 高 观 察 效 果 罗 契 光 栅 与 光 栅 的 栅 线 垂 直 当 然, 在 使 用 过 程 中, 光 栅 的 栅 线 与 狭 缝 光 源 的 缝 线 一 定 要 相 互 平 行 如 果 说 胶 在 直 角 棱 镜 上 的 刀 片 伸 出 边 缘 1mm 则 也 可 以 用 这 种 刀 口 装 置 作 近 轴 的 刀 口 检 验 这 两 台 仪 器 都 可 以 装 在 可 调 整 的 三 个 轴 的 装 置 上 图 29.3 分 析 了 一 些 校 正 结 果 上 图 是 修 整 前 的 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 用 60 线 光 栅 时 形 成 的 罗 契 图 该 系 统 置 于 自 准 直 仪 的 平 行 光 束 中, 形 成 两 块 反 射 镜 的 焦 内 罗 契 图 这 组 光 学 系 统 有 8* 放 大 率, 一 般 用 各 种 型 号 的 玻 璃 环 工 具 来 精 磨 这 种 图 形 的 校 正 板 为 了 使 研 磨 后 的 校 正 板 呈 透 明 的, 可 以 在 表 面 上 滴 几 滴 煤 油, 然 后 用 擦 镜 纸 擦 干 就 可 检 验 下 面 的 图 例 则 更 有 意 义 最 左 边 的 图 表 示 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 中 的 校 正 板 表 面 上 有 一 处 是 高 出 来 的 ( 被 修 磨 光 学 元 件 的 焦 内 罗 契 图 ), 而 且 在 光 学 校 正 板 的 中 心 有 一 个 明 显 的 小 图 29.4 罗 契 与 刀 口 组 合 的 检 验 仪, 狭 缝 靠 近 小 直 角 孔 另 一 幅 图 表 示 校 正 板 轻 度 的 过 校 棱 镜 的 边 缘, 罗 契 光 栅 水 平 地 放 着, 检 验 时 光 栅 与 正 狭 缝 必 须 平 行, 刀 口 插 入 内 环 中 的 第 二 个 装 置 2. 罗 契 图 与 焦 点 图 之 间 的 关 系 图 29.5 的 典 型 罗 契 图 和 图 29.6 的 典 型 焦 点 图 中 分 析 了 绕 中 心 零 位 图 四 周 的 一 组 图 样 之 间 的 相 互 关 系 和 对 称 的 特 性 图 中 表 示 透 镜 系 统 在 两 个 相 等 区 域 中 具 有 球 差 时 的 焦 点 图 与 罗 契 图, 并 讨 论 了 罗 契 图 与 焦 点 图 之 间 的 某 些 关 系 户 以 及 光 学 车 间 修 磨 透 镜 系 统 或 单 个 零 件 时 它 们 的 使 用 价 值 现 在 分 析 透 镜 系 统 或 凹 面 反 射 镜 在 两 个 同 样 面 积 的 带 区 即 中 心 区 ( 中 心 点 到 带 ) 和 边 缘 区 (0.707 带 到 边 缘 ) 内 的 剩 余 球 差 Kc 和 kp 分 别 表 示 中 心 区 域 和 边 缘 区 域 的 偏 心 率 任 何 一 种 系 统 都 可 以 用 一 对 序 数 (kc kp) 来 表 示 抛 物 面 的 偏 图 29.5 用 罗 契 图 表 示 透 射 式 或 反 射 式 光 学 零 件 心 率 等 于 -1 具 有 抛 物 面 的 两 个 带 区 用 剩 余 球 差 的 高 带 或 低 带 ( 根 据 方 框 图 ) 第 201 页

233 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 (-1,-1) 来 表 示 这 里 仅 仅 涉 及 到 用 抛 物 面 的 偏 心 率 来 表 示 球 差 因 为 Ac=kc-1(-1), 中 心 带 的 象 差 Ac 小 于 抛 物 面 的 偏 心 率, 抛 物 面 Ac=0 引 用 类 似 的 定 义 可 研 究 边 缘 环 带 的 球 差 当 抛 物 面 的 空 间 两 维 矢 量 的 原 点 为 (Ac=0,Ap=0) 时, 则 可 以 表 示 出 任 何 透 镜 系 统 的 象 差 矢 量 表 示 法 提 供 了 建 立 罗 契 图 与 焦 点 图 之 间 的 关 系 模 式 让 我 们 首 先 分 析 图 29.5 所 示 的 罗 契 图, 中 心 点 ( 零 位 图 ) 的 罗 契 图 表 示 抛 物 面 中 心 带 的 象 差, 原 点 右 边 的 偏 心 率 大 于 -1, 表 示 中 心 区 为 正 象 差 的 椭 圆 ; 原 点 左 边 表 示 系 统 中 心 区 为 负 象 差 的 双 曲 面 (kc<-1) 垂 直 轴 表 示 边 缘 带 区 的 象 差, 原 点 的 上 面 表 示 边 缘 带 区 有 正 象 差 的 系 统, 而 具 有 负 象 差 的 系 统 则 位 于 原 点 的 下 面 方 格 子 上 的 每 个 罗 契 图 代 表 了 矢 量 的 端 点, 并 且 服 从 矢 量 的 加 法 定 律 例 如 在 点 (-1,1) 的 罗 契 图 是 正 的, 与 其 对 应 的 逆 向 点 为 (1,-1) 换 言 之, 一 个 具 有 结 构 (1,-1) 的 透 镜 ( 中 心 区 产 生 正 象 差, 边 缘 区 为 负 象 差 ) 要 用 结 构 为 (-1,1) 的 透 镜 来 互 相 补 偿 象 差 从 这 种 意 义 上 讲, 罗 契 图 位 于 过 中 心 线 上 的 任 何 透 镜 应 与 其 相 反 位 置 罗 契 图 的 透 镜 组 合, 而 位 于 其 他 位 置 上 的 罗 契 图 的 透 镜 组 合, 例 如 (0,1) 上 的 罗 契 图, 可 以 用 方 格 图 上 罗 契 图 的 加 法 求 得, 例 如 (1,1) 和 (0,1) 点 上 的 透 镜 对 于 有 数 学 基 础 的 人 用 矢 量 加 法 是 有 兴 趣 的, 但 是 矢 量 加 法 仅 仅 表 示 : 用 去 除 玻 璃 的 方 法 来 图 29.6 用 焦 点 图 表 示 反 射 式 或 透 射 式 求 得 光 学 面 形 ; 透 镜 系 统 服 从 空 间 矢 量 加 法, 可 以 透 镜 系 统 剩 余 球 差 的 高 带 或 低 带 实 现 正 负 光 焦 度 的 加 减 ( 根 据 方 框 图 ) 图 29.6 是 焦 点 图, 分 析 后 发 现 空 间 矢 量 表 示 法 在 此 仍 然 适 用 在 这 种 情 况 下, 当 取 值 分 别 在 原 点 之 左 或 之 右 时, 则 水 平 轴 表 示 中 心 带 的 高 或 低 而 垂 直 轴 表 示 边 缘 带 的 高 低 值 例 如 (-1,1) 透 镜 的 焦 点 图 在 中 心 带 是 低 的, 边 缘 带 是 高 的, 与 焦 点 土 下 面 的 截 面 轮 廓 图 一 致 由 图 29.5 和 图 29.6 可 见, 要 找 到 罗 契 图 与 焦 点 图 的 相 互 关 系 是 件 容 易 的 事 在 自 准 直 或 平 行 光 束 中 用 刀 口 装 置 测 试 反 射 或 透 射 系 统 ( 玻 璃 表 面 ) 的 反 射 后 折 射 表 面 时, 形 成 表 示 光 学 系 统 有 无 球 差 的 焦 点 图 若 光 源 在 右 边, 在 平 行 光 束 中 刀 口 由 左 向 右 切 割 透 射 光 学 系 统 就 形 成 焦 点 图 换 言 之, 透 射 光 学 零 件 表 面 上 的 斜 率 偏 离 总 是 由 于 与 刀 口 运 动 相 同 的 方 向 照 射 的 结 果 观 察 反 射 镜 及 反 射 镜 组 ( 反 射 元 件 ) 的 自 准 直 或 曲 率 中 心 ( 自 准 直 式 ) 的 焦 点 图 时, 可 将 土 29.6 反 转, 使 刀 口 从 左 向 右 切 割 但 是 与 折 射 元 件 不 同, 此 时 照 明 光 束 总 是 在 移 动 刀 口 的 对 面 测 试 时 要 记 住 以 下 几 点 : 照 明 偏 离 倾 斜 面 时, 光 源 的 位 置 不 管 是 实 的 ( 透 射 玻 璃 ) 还 是 虚 的 ( 反 射 表 面 ) 刀 口 总 是 位 于 左 边 位 置, 而 且 所 有 背 向 光 束 的 倾 斜 面 总 是 暗 的, 同 时 反 射 或 透 射 镜 的 直 径 是 亮 暗 的 分 界 线, 一 半 面 积 上 的 亮 区 将 使 相 反 一 半 地 区 呈 暗 区 有 关 这 方 面 的 内 容 在 第 二 十 六 张 中 有 更 进 一 步 的 说 明 图 29.5 或 29.6 中 没 一 个 近 似 的 焦 点 图 或 罗 契 图 对 应 一 个 表 示 各 种 光 学 零 件 表 面 形 状 的 小 方 框 ( 德 范 尼 1965,Malacara 及 Conejo 1974) 注 意 90 的 垂 直 剖 面 线, 并 将 它 的 轮 廓 与 图 29.5 中 罗 契 图 的 剩 下 半 边 的 轮 廓 形 状 比 较 用 自 准 法 测 试 反 射 光 学 元 件 时, 用 45 倾 斜 的 方 格 剖 面 线 来 表 示 反 射 表 面 的 形 状 各 种 测 试 方 法 如 下 : 第 一, 罗 契 图 提 供 了 焦 平 面 的 误 差 信 息, 罗 契 带 的 宽 度 代 表 了 玻 璃 元 件 斜 率 变 化 的 大 小 第 202 页

234 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 第 二, 刀 口 检 验 可 定 性 地 确 定 透 镜 系 统 的 表 面 形 误 差 第 三, 干 涉 图 直 接 表 示 出 玻 璃 表 面 的 面 形 误 差, 但 与 反 映 在 焦 平 面 上 的 误 差 有 所 差 别 3. 干 涉 图 的 判 读 首 先 分 析 一 下 习 惯 上 判 读 干 涉 图 的 方 法 沿 轴 向 对 准 并 调 整 被 检 系 统 与 参 考 面 之 间 的 偏 离 量, 使 被 检 系 统 具 有 尽 可 能 直 的 条 纹 ( 见 图 29.7), 按 直 条 纹 判 读 出 波 面 误 差 : 波 面 误 差 ( 峰 值 )=P/4d 波 面 误 差 ( 峰 - 峰 值 )=P/2d (29-1) 在 一 组 具 有 球 差 系 统 的 典 型 干 涉 图 中, 通 过 两 条 相 邻 条 纹 的 平 均 位 置 划 一 条 直 线, 找 出 条 纹 与 直 线 的 编 号 量, 按 式 (29-1) 给 出 被 检 系 统 波 面 的 峰 值 和 峰 - 峰 值 图 29.7 波 面 误 差 峰 值 或 峰 - 峰 值 的 计 算 为 了 测 量 这 些 误 差 并 确 定 误 差 对 透 镜 成 象 性 能 的 相 对 影 响, 必 须 求 出 均 方 根 值 (rms) 这 是 件 更 麻 烦 的 事 将 干 涉 条 纹 分 割 成 许 多 短 段, 并 根 据 各 段 的 距 离 及 偏 离 值 由 式 (29-2) 计 算 其 均 方 根 值 : 波 面 误 差 (rms)=p/2n((r 1 a 1 ) 2 +(r 2 a 2 ) 2 + ) 1/2 (29-2) 式 中,r 是 分 段 偏 值 ;n 为 总 的 光 圈 数 ; a 为 分 段 距 离 干 涉 图 中 的 光 圈 数 可 以 用 于 计 算 两 块 反 射 镜 焦 距 的 实 际 偏 差 ( 参 见 图 29.8) f=2nλf 2 (29-3) 式 中, f 是 焦 距 的 变 化 量 ;n 是 光 圈 数 ;F 等 于 R/r( 参 见 图 29.9) 图 29.8 波 面 误 差 rms 值 的 计 算 图 29.9 两 个 波 面 焦 距 的 变 化 量 f 的 计 算 显 然, 参 考 镜 与 测 试 系 统 中 的 被 检 反 射 镜 之 间 的 差 别 也 可 以 简 单 地 用 干 涉 仪 的 同 心 条 纹 数 表 示 出 来 下 一 个 问 题 是, 如 果 干 涉 条 纹 为 直 条 纹, 如 何 求 干 涉 条 纹 数 与 被 检 反 射 镜 的 焦 点 及 参 考 镜 焦 点 的 侧 向 位 移 D=nλF/2 (29-4) 式 中,D 为 两 个 波 面 间 的 侧 向 位 移,n 是 条 纹 数 ;λ 是 光 源 的 波 长,F 或 R/r 是 锥 体 的 焦 比 ( 见 图 29.10) 上 面 所 述 由 投 影 在 光 屏 上 的 两 个 波 阵 面 形 成 的 干 涉 图 来 判 读 峰 值 峰 - 峰 值 和 均 方 根 误 差 但 是, 利 用 这 种 近 似 的 直 条 纹 可 以 提 取 透 镜 质 量 信 息 吗? 比 如 弥 散 圆 焦 散 最 大 光 能 集 中 度 等, 回 答 是 否 定 的 下 面 讨 论 干 涉 仪 中 形 成 的 条 纹 能 真 正 提 供 一 些 什 么 信 息 用 图 所 示 的 简 单 干 涉 仪 来 分 析 这 种 关 系 注 意 : 如 果 两 块 反 射 镜 的 焦 点 重 合, 则 从 同 一 光 源 辐 射 出 两 个 光 锥, 如 果 两 个 光 锥 是 理 想 的 球 面 波, 则 在 屏 幕 上 不 会 出 现 条 纹, 而 呈 现 出 一 片 暗 或 一 片 亮, 亮 或 暗 则 取 决 于 到 达 屏 幕 上 的 两 个 光 锥 体 之 间 的 位 相 关 系 如 果 将 透 镜 m 2 稍 微 移 近 屏 幕, 则 其 焦 点 也 靠 近 屏 幕 ( 参 见 图 29.11), 并 且 从 屏 幕 中 心 分 别 测 量 锥 体 的 半 径, 反 射 镜 m 2 所 形 成 的 半 径 小 于 反 射 镜 m 1 形 成 的 半 径 ( 见 图 29.12) 第 203 页

235 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 因 为 到 达 屏 幕 的 两 个 锥 体 的 曲 率 半 径 不 等, 因 而 屏 幕 上 波 面 相 干 后 得 到 了 牛 眼 图 图 两 个 波 面 投 影 于 无 光 泽 屏 幕 上 形 成 向 剪 切 干 涉 图 图 类 似 于 图 29.10, 但 是 这 里 是 激 光 不 等 程 干 涉 仪 (LVPT), 透 镜 系 统 ( 未 画 出 ) 置 于 该 装 置 的 发 散 光 路 中, 形 成 的 平 行 光 束 和 干 涉 图 投 射 于 无 光 泽 屏 幕 上 图 由 校 正 不 足 的 透 镜 系 统 产 生 两 个 不 同 的 (R 1 和 R 2 ) 波 面, 用 激 光 干 涉 仪 ( 如 图 29.10) 形 成 了 同 心 圆 环 干 涉 图 图 与 图 相 同, 但 为 偏 心 的 同 心 干 涉 图 显 然, 为 了 得 到 有 用 的 公 式 就 不 要 使 牛 眼 图 与 透 镜 系 统 的 干 涉 图 同 心 事 实 上, 呈 图 29.13( 上 面 ) 所 示, 牛 眼 图 的 偏 心 距 是 评 价 干 涉 图 的 重 要 因 素 如 图 29.13( 下 面 ) 所 示 作 为 透 镜 系 统 干 涉 图 的 一 个 例 子 其 中 心 带 区 的 焦 距 比 边 缘 带 区 的 焦 距 短 参 改 反 射 镜 的 焦 点 在 被 检 镜 的 轴 上, 但 是 有 侧 向 位 移, 然 后 记 下 圆 圈 内 的 光 圈 数, 根 据 式 (29-3) 可 以 算 出 透 镜 系 统 的 两 个 带 区 沿 光 轴 方 向 的 焦 距 变 化 量 只 要 玻 璃 的 误 差 是 由 同 心 环 带 误 差 形 成 的, 就 可 以 用 同 样 的 方 法 来 判 读 更 为 复 杂 的 干 涉 图 4. 罗 契 图 与 干 涉 图 的 相 关 性 用 准 罗 契 图 可 以 使 罗 契 图 与 干 涉 图 更 进 一 步 相 联 系 本 节 我 们 对 相 关 性 作 一 解 释 : 准 罗 契 图 是 干 涉 图 的 镜 象 根 据 分 析 波 面 来 测 量 球 差 的 各 种 方 法 都 有 其 缺 点 几 种 常 用 的 干 涉 法 及 干 涉 仪 型 式 包 括 非 剪 切 型 的 激 光 不 等 程 干 涉 仪 (LUPI) 泰 曼 - 格 林 干 涉 仪 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 及 剪 切 型 的 贝 特 斯 仪 及 科 斯 特 干 涉 仪 ( 见 图 29.14) 分 析 剩 余 差 时, 用 平 行 光 按 共 轴 检 验 成 象 系 统 用 手 持 直 立 于 轴 线 上 的 双 反 射 镜 形 成 自 准 直 平 行 光, 通 过 双 射 镜 观 察 对 称 的 罗 契 图 眼 睛 观 察 到 的 左 边 一 个 图 是 焦 内 罗 契 图 ; 右 边 是 焦 外 第 204 页

236 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 罗 契 图 更 有 意 义 的 是 用 激 光 不 等 程 干 涉 仪 在 球 面 镜 的 曲 率 中 心 处 来 检 验 球 面 镜 因 为 曲 面 的 曲 率 中 心 形 成 一 个 自 准 直 装 置 与 由 1~2 块 反 射 镜 组 成 的 反 射 光 学 系 统 是 完 全 相 同 的 但 判 读 干 涉 图 的 球 差 结 果 是 相 反 的, 如 图 所 示 仍 然 选 择 环 带 校 正 过 头 ( 低 ), 而 边 缘 区 校 正 不 足 ( 高 ), 并 且 存 在 着 严 重 的 塌 边 罗 契 图 ; 反 之 亦 然 显 然, 准 罗 契 图 是 反 射 镜 存 在 或 不 存 在 球 差 时 的 镜 象 只 要 简 单 地 画 出 全 孔 径 的 斜 率 偏 离, 根 据 焦 内 罗 契 图 或 焦 外 罗 契 图 就 可 以 画 出 一 幅 完 整 的 干 涉 图, 这 样 就 包 括 了 焦 内 罗 契 图 的 右 边 的 一 半 稍 微 倾 斜 一 下 激 光 不 等 光 程 干 涉 仪 就 可 以 在 对 称 的 干 涉 图 上 形 成 要 求 的 干 涉 条 纹 数 在 这 一 节 里 还 有 许 多 问 题 不 作 进 一 步 讨 论, 例 如 倾 斜 剪 切 绕 主 光 线 的 旋 转 剪 切 同 心 剪 切 判 读 高 低 带 偏 差 的 离 焦 等 最 重 要 的 问 题 是 对 称 干 涉 图 和 对 称 准 罗 契 图 在 中 心 垂 直 位 置 上 放 一 图 的 反 射 镜 镜 象 的 关 系 块 双 反 射 镜 形 成 了 准 罗 契 图 ( 左 边 是 焦 内 罗 契 图, 右 边 是 焦 外 罗 契 图 ) 如 果 在 正 确 方 位 上 拍 摄 或 观 察 投 影 的 激 光 干 涉 图, 则 根 据 干 涉 图 ( 高 或 低 ) 获 得 的 波 面 信 息 来 试 验 校 正 剩 余 球 差 是 很 重 要 的 例 如, 用 干 涉 仪 对 参 考 带 区 离 焦 来 确 定 剩 余 球 差 图 是 则 LVPT 干 涉 仪 拍 摄 下 来 的 对 称 干 涉 图 形, 它 表 示 透 镜 系 统 的 带 区 存 在 着 剩 余 球 差 选 择 参 考 带 是 校 正 好 的 环 带, 从 中 心 到 带 为 欠 校 正, 边 缘 带 呈 过 校 正 并 存 在 着 严 重 的 翘 边 横 穿 插 干 涉 图 的 一 条 虚 线 将 干 涉 图 分 为 两 部 分 : 由 一 个 小 的 罗 契 图 能 画 出 整 个 斜 率 轮 廓 或 包 括 焦 外 罗 契 图 左 边 的 一 半 由 此 所 得 的 干 涉 图 也 与 图 相 同 初 学 者 应 该 概 括 地 了 解 一 下 如 何 确 定 高 带 或 低 带 的 方 位 要 从 一 幅 干 涉 图 中 判 读 其 是 高 带 或 低 带, 先 从 LVPI( 任 何 干 涉 仪 ) 对 选 择 好 的 参 考 带 ( 这 里 是 0.707) 聚 焦, 直 到 每 根 条 纹 都 很 直 而 且 互 相 平 行 然 后 移 近 准 直 平 板 使 LVPI 离 焦, 这 样 使 中 心 带 或 者 任 何 其 它 带 区 的 条 纹 变 直 且 互 相 平 行 对 高 带 或 者 过 校 正 带 ( 自 准 直 型 中 的 透 射 元 件 ), 是 向 短 光 程 方 向 离 焦, 当 然 也 可 以 用 准 直 平 板 反 向 移 近 透 镜 系 统 工 程 对 低 带 或 校 正 不 足 的 环 带 是 向 长 光 程 方 向 离 焦, 当 然 也 可 以 用 移 管 准 直 平 板 的 前 表 面 来 达 到, 所 以, 所 有 的 光 路 中 要 使 接 受 平 行 光 的 准 直 平 板 与 透 镜 系 统 彼 此 接 近 有 意 义 的 是 在 自 准 直 装 置 中 在 一 块 或 两 块 反 射 镜 系 统 的 曲 率 中 心 处 检 验 凹 面 镜 时, 低 带 是 使 LVPI 向 更 短 的 光 程 离 焦 ( 再 移 近 平 板 或 者 反 射 镜 组 中 的 一 块 镜 片 ), 而 高 带 是 使 LVPI 向 更 长 的 光 程 离 焦 修 磨 被 检 光 学 零 件 时 仍 以 参 考 带 区 作 基 准 ( 见 附 录 21) 图 在 平 行 光 下 测 试 透 镜 系 统 5. 双 丝 图 形 与 干 涉 图 的 关 系 ( 透 射 玻 璃 元 件 ) 的 双 丝 图 表 示 了 球 差 图 所 示 的 双 丝 图 样 与 图 28.4 类 似 它 是 用 平 的 校 正 程 度 行 光 束 入 射 于 被 检 测 的 透 镜 系 统, 并 用 双 丝 测 试 仪 装 置 扫 描 记 录 每 个 带 区 的 双 丝 图 样 图 29.15( 上 面 ) 最 左 边 的 图 表 的 图 表 示 在 靠 近 带 区 出 现 校 正 不 足 的 情 况 ; 最 右 边 示 过 校 正 的 图 形 ; 中 间 的 图 ( 上 面 ) 表 示 了 测 试 装 置 中 由 第 一 根 金 属 丝 形 成 的 分 叉 的 罗 契 线, 第 二 根 丝 使 测 试 装 置 旋 转 到 离 轴 位 置 ; 下 面 的 图 是 校 正 良 好 的 透 镜 系 统 的 双 丝 图, 检 验 时 要 用 平 行 光 装 置 或 自 准 直 平 板 图 用 双 丝 测 试 图 的 反 射 镜 象 J.E. 沃 德 等 在 Applied Optics 杂 志 1971 年 P896 叙 述 形 成 准 干 涉 图 ( 参 见 图 29.15) 第 205 页

237 第 二 十 九 章 干 涉 检 验 与 光 学 表 面 修 磨 的 一 些 特 性 了 罗 契 图 与 双 丝 图 的 相 互 关 系 图 中 所 示 的 是 德 范 尼 测 试 的 结 果 在 光 束 中 移 动 双 丝 装 置, 连 续 拍 摄 下 校 正 好 的 与 未 校 正 好 的 照 片, 下 图 是 校 正 好 的 照 片 ; 上 排 是 未 校 正 的 照 片 注 意, 在 未 校 正 好 的 形 式 中 出 现 了 希 望 的 三 次 曲 线 同 时 由 于 相 干 照 明 全 息 的 粗 条 纹 时 形 成 的 背 景 条 纹 导 致 了 成 象 质 量 的 下 降 经 过 很 好 校 正 的 系 统 在 整 个 光 束 区 域 内 德 范 尼 金 属 丝 的 投 影 直 线 沃 德 的 双 丝 测 试 图 与 图 极 为 相 似 在 平 行 光 束 中 用 双 金 属 丝 扫 描 透 镜 系 统 的 出 瞳 形 成 如 图 所 示 的 准 干 涉 图, 在 准 干 涉 图 上 再 放 一 块 小 的 双 反 射 镜 准 干 涉 图 反 射 形 成 了 焦 内 罗 契 图, 其 右 边 的 一 半 是 焦 外 罗 契 图 可 以 用 干 涉 图 的 反 射 镜 镜 象 形 成 这 些 罗 契 图 吗? 回 答 是 可 以 的 如 果 干 涉 图 照 片 上 有 正 确 的 方 位 ( 多 数 情 况 下 在 被 检 零 件 上 贴 有 胶 带 纸 作 了 记 号 ), 并 且 根 据 是 反 射 元 件 或 透 射 元 件 而 采 用 合 适 的 光 学 装 置 则 可 以 确 定 带 差 的 高 低 举 一 个 例 子, 图 29.4 是 光 学 修 磨 后 的 透 射 型 的 平 凸 透 镜, 检 验 时 用 平 行 光 束 或 一 块 光 学 平 板 注 意 左 下 边 的 准 罗 契 图 是 由 反 射 镜 反 射 形 成 的 象, 把 它 看 为 是 焦 内 罗 契 图 它 的 带 校 正 良 好, 中 心 带 低, 边 缘 翘 ; 右 下 面 的 是 焦 外 罗 契 图, 可 以 用 来 核 实 下 面 所 观 察 到 的 图 形 再 举 一 个 反 射 镜 的 例 子 将 一 块 凹 面 镜 修 磨 成 抛 物 面 并 且 用 准 直 平 板 形 成 的 平 行 光 来 测 试 若 在 它 的 曲 率 中 心 处 重 新 严 格 测 试, 则 成 为 一 个 自 准 直 装 置 按 下 述 方 法 判 读 图 中 的 准 罗 契 图 : 左 下 方 的 图 是 焦 内 罗 契 图, 说 明 书 中 心 带 与 边 缘 带 高 起,0.707 带 校 正 良 好 因 为 右 方 的 图 是 焦 外 罗 契 图, 所 以 用 它 可 以 核 实 另 外 一 边 的 判 读 结 果 6. 结 论 由 几 种 干 涉 仪 所 观 察 到 的 条 纹 图 样 仅 仅 是 在 光 学 车 间 可 以 观 察 到 的 大 量 的 各 类 干 涉 仪 的 部 分 概 括 而 D. 马 拉 卡 拉 著 的 光 学 车 间 检 验 一 书 (Wiley, New York 1978) 则 是 光 学 工 作 者 光 学 工 程 检 验 人 员 业 余 高 级 望 远 镜 制 作 者 的 必 备 手 册 这 本 书 给 出 民 具 体 的 数 学 方 法, 可 对 问 题 作 更 进 一 步 的 解 释 参 考 文 献 : Anderson,J.A.and Porter,M.,Astro.Phys.,LXX,170-78(1929) Baker,J.G. Optical Systems for Astonomical Photography, in Amateur Telescope Making, Book Three,A.G.Ingalls,Ed.Sci.,Am.,1-34(1935) De Vany,A.S. Some Aspects of Interometric Testing and Optical Testing, Appl.Opt.,4, (1965) De Vany,A.S. Spherical Aberration Analysis by Double Wire Testing, Appl.Opt.,6, (1967) De Vany,A.S.Supplement to Some Aspects of Interometric Testing and Optical Figuring, Appl.Opt.,9, (1970) De Vany,A.S.Supplement to Spherical Aberration Analysis by Double Wire Testing, Appl.Opt.,9,1720(1970) De Vany,A.S.and Art De Vany,Jr., Patterns of Correlation between Focograms and Ronchigrams, Boletin Del Instituto De Tonanttizintla,1, (December1975). Francon,M. Polarizing Interferometers Applied to the Study of Isotropic Objects, National Physic Laboratory,Symposium No.11,Inteferonmetry,Her Majesty s Stationary Office, London, (1959). Murty,M.V.R.K. The Use of a Single Plane Parallel Plate as a Lateral Shearing Interferometer With a Visible Gas Laser Source, Appl.Opt.,3,531(1964). Ronchi,Vasco, Forty Years of History of a Grating Interferometer, Appl.Opt.,3,1041(1964). Twyman,F.Prism and Lens Making,2nd ed.,hilger and Watts,London,1952,pp Veret,C. Polarizing Intermeters, in Metrology,Ed.P.Mollet,Ed.,Pergamon,New York,1960,pp Ward,J.E.et al., Lens Aberration Correction by Holography, Appl.Opt.,10, (1971). 第 206 页

238 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 附 录 1 棱 镜 的 类 型 棱 镜 在 光 学 系 统 中 有 两 个 主 要 功 能, 其 中 每 一 类 棱 镜 起 一 种 作 用 光 谱 仪 摄 谱 仪 和 分 光 光 度 计 中 的 色 散 棱 镜 是 使 不 同 波 长 ( 颜 色 ) 分 离 开 目 视 仪 器 中 的 偏 转 棱 镜 是 使 象 与 光 束 反 射 偏 转 或 重 新 定 向 棱 镜 分 为 色 散 棱 镜 偏 转 棱 镜 两 类 首 先 讨 论 色 散 棱 镜 制 造 色 散 棱 镜 的 材 料 除 玻 璃 以 外 还 有 其 他 透 射 材 料 如 氟 化 锂 氟 化 钡 氟 化 钙 岩 盐 ( 硫 化 钠 ) 碘 化 钾 溴 化 钾 以 及 天 然 石 英 这 些 晶 体 大 多 数 采 用 特 殊 的 生 长 方 法, 而 且 市 场 上 可 以 买 到 特 殊 光 谱 区 域 中 使 用 的 晶 体 种 类 每 年 在 不 断 增 加 研 磨 抛 光 每 种 晶 体 时 都 要 作 特 殊 的 处 理, 但 它 们 的 加 工 方 法 一 般 是 保 密 的 1. 色 散 棱 镜 光 谱 仪 和 分 光 光 度 计 中 用 光 学 透 明 材 料 制 造 的 色 散 棱 镜 的 品 种 很 少 韦 兹 沃 思 棱 镜 的 玻 璃 角 度 全 部 为 60 ( 见 图 A1.1) 里 特 罗 (Littrow) 和 阿 贝 棱 镜 的 玻 璃 角 度 为 为 了 使 穿 过 棱 镜 的 光 束 反 射, 里 特 罗 棱 镜 子 30 反 射 表 面 上 镀 有 银 或 铝 ( 见 图 A1.2 和 A1.3) 固 定 偏 听 偏 信 转 棱 镜 有 四 个 面, 棱 镜 的 玻 璃 角 度 如 图 A1.4 所 示 为 了 能 透 过 波 长 为 15μm 以 上 的 光 谱 采 用 氯 化 银 KRS 复 合 晶 体 或 者 铊 的 溴 化 物 与 碘 化 物 溴 化 物 碘 化 铯 等 晶 体 图 A1.1 韦 兹 沃 思 棱 镜 图 A1.2 阿 贝 棱 镜 A1.4 偏 转 棱 镜 图 A1.3 里 特 罗 棱 镜 图 第 207 页

239 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 2. 偏 转 棱 镜 这 一 节 讨 论 用 冕 牌 玻 璃 制 造 的 许 多 反 射 型 棱 镜 的 设 计 数 据 冕 牌 玻 璃 一 般 为 BSC 2 或 BK 7 用 火 石 玻 璃 做 的 棱 镜 有 道 威 棱 镜 及 一 些 消 色 差 光 楔 或 棱 镜 这 类 棱 镜 反 射 内 部 的 透 射 光 束, 而 有 一 些 棱 镜 的 反 射 面 反 射 光 线 的 能 力 较 低, 为 了 便 于 检 验, 其 反 射 面 必 须 镀 银 或 铝 下 面 将 作 更 加 深 入 地 讨 论 在 平 行 发 散 或 会 聚 光 路 中, 有 些 棱 镜 是 可 以 互 换 的, 也 有 些 棱 镜 组 合 件 是 胶 合 起 来 的, 因 而 将 棱 镜 分 类 会 出 现 许 多 特 例 或 产 生 矛 盾 偏 转 棱 镜 如 图 A1.4 所 示 图 A1.5 影 象 术 语 标 准 象 反 象 倒 象 倒 反 象 的 意 义 如 图 A1.5 所 示 一 直 用 上 述 专 用 名 词 来 描 述 棱 镜 的 成 象 性 质 由 于 物 镜 或 透 镜 成 倒 立 的 反 象 时 必 须 用 适 当 的 组 合 棱 镜 或 屋 脊 棱 镜 才 能 形 成 正 立 的 象 而 某 些 周 视 瞄 准 镜 中 置 于 透 镜 前 面 的 直 角 棱 镜 或 其 它 棱 镜 则 直 接 接 受 物 体 发 出 的 平 行 光 束 下 面 讨 论 棱 镜 成 象 时, 有 关 倒 象 反 象 的 术 语 指 的 是 在 棱 镜 或 组 合 棱 镜 前 不 存 在 任 何 透 射 或 反 射 镜 系 统, 而 用 正 常 眼 睛 直 接 通 过 棱 镜 观 察 物 体 直 角 棱 镜 : 单 个 直 角 棱 镜 将 视 线 偏 转 90 角, 在 水 平 位 置 通 过 直 角 棱 镜 的 斜 面 观 察 反 向 物 体 () 时 经 直 角 棱 镜 反 射 后 成 倒 象 () 普 罗 棱 镜 系 统 :M 普 罗 (Porro) 于 1850 年 设 计 了 这 种 棱 镜 ( 光 学 系 统 中 需 要 两 只 棱 镜 ) 直 角 棱 镜 斜 面 正 中 开 了 一 条 凹 槽, 以 防 重 复 反 射 而 形 成 幻 象 两 只 棱 镜 互 为 90 放 置, 形 成 一 个 正 立 的 象 双 目 观 察 装 置 中 使 用 了 这 种 棱 镜 系 统, 但 该 棱 镜 反 射 角 的 精 度 要 求 不 高 图 A1.6 直 角 棱 镜 规 定 : A=1.0,n=1.517,θ=45,C=0.707A, H=1.4142,A=1.4142,d=A=1.0,d/n= 阿 贝 普 罗 棱 镜, 阿 贝 改 进 了 普 罗 棱 镜 系 统 这 种 棱 镜 由 两 只 类 似 胶 合 而 组 成, 但 是 直 到 现 在 为 止 并 未 采 用, 因 为 需 要 四 个 抛 光 面 两 个 棱 镜 面 对 面 胶 合 起 来 成 立 的 象, 图 A1.7 普 罗 棱 镜 系 统 规 定 : 并 形 成 一 个 防 振 系 统 要 求 45 反 射 角 必 A=1,n=1.517,θ=45 0,a=0.1,S=a/2,B= C=1.0+a=1.1 须 具 有 较 高 精 度 H1=2A+a=1.1,L=2A+3a=2.3,d=2(2A=3a)=4.50,d/n= 阿 米 西 棱 镜 : 由 意 大 利 天 文 学 家 ( ) 设 计 的 单 元 个 透 镜 成 倒 立 和 反 向 的 象, 同 时 偏 折 视 线 90 角 阿 米 西 棱 镜 广 泛 地 应 用 于 现 代 望 远 镜 系 统 中, 作 为 天 顶 和 大 地 观 测 之 用 施 密 特 棱 镜 : 该 棱 镜 类 似 于 阿 米 西 棱 镜 施 密 特 棱 镜 成 反 向 并 偏 转 的 象, 同 时 使 视 线 偏 转 45 角 棱 镜 的 90 屋 脊 必 须 保 证 在 2 误 差 之 内 A1.9 阿 米 西 棱 镜 (90 0 ) 规 定 : 第 208 页

240 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 A=1.0,n=1.517,θ=45,d=1.7071A=1.7071, H1=1.4142A=1.4142,d/n= a=0.25A 图 A1.8 阿 贝 普 罗 棱 镜 系 统 规 定 : A=1.0,n=1.517,θ=45 0,a=0.1,B=A+a=1.1, H2=1.4142A=1.4142,D=A+2a=1.2, R=B/2=0.55,d=2(2A+3a)=4.6,d/n= ( 开 槽 图 形 见 图 2.5) 第 209 页 图 A1.11 夫 兰 克 福 德 No.1(115 ) 棱 镜 规 定 : A=1.00,a=90 0,n=1.517,θ= ,φ =115 0, H1=1.1857A=L1857,a=0.7071A=0.7071,B= A=0.9306, b=0.7320a=0.7320,d=1.5697a=1.5697,d/n= 图 A1.10 施 密 特 棱 镜 (45 ) 规 定 :, A=1.00,a=90 0,C=0.7071A=0.7071,a=0.10,h =1.4142A a=1.4683, b=1.8478a=0.1818,n=1.5170,h1=1.0824a=1.082,d/n=2.2506,θ=45 0, H=1.4142A+2.389a=1.6531,d=3.1442A= , φ= 夫 兰 克 福 德 No.1(115 ) 棱 镜 : 这 两 种 棱 镜 类 似 于 阿 米 西 棱 镜 或 施 密 特 棱 镜, 它 们 间 的 差 别 是 观 察 者 的 视 线 偏 转 有 所 不 同 夫 兰 克 福 特 No.6 棱 镜 : 这 种 棱 镜

241 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 由 单 独 一 块 玻 璃 制 成 并 具 有 高 精 度 的 90 屋 脊 角, 所 以 制 造 很 困 难 它 在 水 平 平 面 内 将 视 线 偏 折 90 角, 在 垂 直 平 面 内 将 视 线 偏 折 60 角, 棱 镜 0 成 倒 象 图 A1.13 夫 兰 克 福 特 N0.6 棱 镜 规 定 : ( 无 图 ) A=1.0,n=1.517,φ=60 0,θ=45 0,a=90 0, c=0.7071a=0.7071,b=1.2071a=1.2071, D=2.4142A=2.4142,C=2.2071A=2.2071, E=1.5774A=1.5774,H1=1.4142A=1.4142, L=3.4888A=3.4888,H=1.8107A=1.8107, d=3.6681a=3.6681,f=2.1488a=2.1488, d/n= 图 A1.12 夫 兰 克 福 特 No.2 棱 镜 (60 ) 规 定 : A=1.00,n=1.5170,θ=60 0,a=90 0,a=0.1547A=0.1547, b=0.2680a=0.2680,c=1.4641,a=1.4641,h=0.866(a+a)=1.0, B=0.7071A=0.7071,d=2.2690A=2.2690,d/n= 列 曼 棱 镜 : 列 曼 棱 镜 广 泛 地 用 于 目 视 仪 器 中, 其 结 够 紧 凑, 常 应 用 于 长 焦 距 小 型 望 远 镜 中, 棱 镜 中 的 光 程 很 长 ( 为 孔 径 的 3.4 倍 ), 所 以 玻 璃 必 须 有 极 好 的 均 匀 性 五 角 屋 脊 棱 镜 : 该 棱 镜 似 于 五 角 棱 镜, 成 倒 立 反 向 的 象, 象 保 持 在 一 平 面 内 该 棱 镜 有 特 定 的 用 途 五 角 棱 镜 : 该 棱 镜 既 不 反 象 也 不 倒 象, 但 是 将 视 线 片 折 90 角 在 检 测 中 的 工 夹 具 和 光 学 细 统 中 有 广 泛 的 用 途 光 学 测 距 仪 的 每 一 端 装 有 一 只 五 角 棱 镜 五 角 的 两 个 面 (H 1 ) 是 镀 银 的 图 A1.15 五 角 屋 脊 棱 镜 规 定 : 第 210 页

242 A=1,a=90 0,H1=1.0824=C,B=45 0,b=0.875A, θ=22.5 0,B=1.125,D=2.2508,d/n=3.375 基 础 光 学 工 艺 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 图 A1.14 列 曼 棱 镜 规 定 : A=1.00,H1=1.3099A=1.3099,n=1.517,c=0.7071A=0.7071, a=30 0,b=0.5774,θ=60 0,d=5.1962A=5.1962,y=90 0, d/n=3.4253,φ=120 0 A1.16 五 角 棱 镜 规 定 : =1,n=1.517,a=90 0,θ=45 0,φ= , 1=1.0824A=1.0824,H=1.4142A= A H 夫 兰 克 福 德 NO.3 棱 镜 : 该 棱 镜 用 一 块 玻 璃 制 造 而 成 视 线 在 水 平 面 内 朝 上 偏 折 45 角, 同 时 在 垂 直 平 面 内 偏 折 90 如 果 观 察 者 与 视 线 成 90 角, 则 观 察 到 反 向 倒 立 的 象 该 棱 镜 有 特 到 的 用 途 夫 兰 克 福 特 NO.4 棱 镜 : 该 棱 镜 用 一 块 玻 璃 制 作 而 成, 底 底 面 必 须 镀 银 或 镀 铝 第 211 页

243 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 图 A1.17 夫 兰 克 福 德 NO.3 棱 镜 规 定 : A=1,n=1.517,θ=45 0,φ= ,a= , B=1.4142A=1.4142,C=2.6131A=2.6131, D=2.7979A=2.7979,E=2.4142A=2.4142, F=3.4142A=3.4142,G=1.7071A=1.7071, d=3.4142a=3.4142,d/n= 图 A1.18 夫 兰 克 福 德 NO.4 规 定 : =1.00,φ= ,a=90 0,n=1.5170,θ=45 0,β= , 1=1.4142A=1.4142,C=2.4142A=2.4142,D=1.0824A=1.0824, =1.7071A=1.7071,H=2.4142A=2.4142,L=2.7071A=2.7071, =A+1.00,d=2.4142A=4.4142,d/n= A H B R 第 212 页

244 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 夫 兰 克 福 德 NO.5 棱 镜 : 该 棱 镜 所 有 内 反 射 角 而 大 42, 不 需 要 镀 反 射 膜 并 用 一 块 玻 璃 制 作 而 成 视 线 在 水 平 面 上 偏 折 90 角, 同 时 在 垂 直 平 面 内 偏 折 60 角 从 侧 面 观 察 物 体 得 到 反 向 倒 立 象 夫 兰 克 福 德 N0.7 棱 镜 : 该 棱 镜 类 似 于 夫 兰 克 福 德 N0.5 棱 镜 其 差 别 在 于 视 线 在 水 平 面 偏 折 90, 同 时 在 垂 直 平 面 内 偏 折 45 角 从 侧 面 观 察 到 的 象 既 不 倒 立 也 不 反 向 图 A1.19 夫 兰 克 福 德 NO.5 棱 镜 规 定 : A=1.0,n=1.517,β=60 0,y=135 0,θ=45 0, 图 A1.20 夫 兰 克 福 N0.7 棱 镜 规 定 : L=2.7321A=2.7321,C=1.9318A=1.9318, A=1.00,n=1.517,θ=45 0,φ= ,β=90 0,a= , D=2.000A=2.000,B=1.7321A=1.7321, H 1=1.4142A=1.4142,B=2.7071A=2.7071,C=1.7071A=1.7071, H 1 =1.4142A=1.4142,H=1.5000A=1.5000, D=2.4142A=2.4142,E=1.0824A=1.0824,H=2.4142A=2.4142, d=2.7437a=2.7437,d/n= R=A=1.00,d=2.4142A=2.4142,d/n= 图 A1.23 双 道 威 棱 镜 规 定 : A=1.00,n=1.5170,θ=45 0,B=A/2(n 2 -sin 2 θ-sinθ) -1/2 +1=2.1136A=2.1136,C=B-A=1.1136,D=A/2cosθ 图 A1.22 哈 天 - 道 威 棱 镜 规 定 : =0.7071A=0.7071,d=nA/2sinθ(n 2 -sin 2 θ-sinθ) -1/2 A=1.00,a=0.05,n=1.517,θ=45 0,φ=90 0, =nac=1.6893,d/n= B=(A+2a)[(n 2 -sin 2 θ+sinθ) -1/2 /(n 2 -sin 2 θ-sinθ) -1/2 ] +1=4.2271(a+2a)=4.6498,C=B-2a=4.5498,D=B-2(A+2a)=2.4498, 第 213 页

245 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 d/n=2.4499,e=a+a/cosα=1.4142(a+2a)=2.4498, d=n(a+2a)/sinθ[(n 2 -sin 2 θ-sinθ) -1/2 ]=3.3787(A+2a)= 注 意 : 见 表 A 立 方 角 锥 棱 镜 : 该 棱 镜 有 几 种 名 称, 由 光 学 立 方 体 制 成, 其 入 射 面 与 出 射 面 是 同 一 个 面 它 能 将 影 象 返 回 原 点 在 阿 波 罗 上 设 计 的 激 光 侧 距 仪 要 求 在 月 球 的 几 个 位 置 上 安 装 立 方 角 锥 棱 镜 反 射 器, 每 套 反 射 器 有 30 只 以 上 的 棱 镜 哈 天 - 道 威 棱 镜 : 如 果 将 直 角 棱 镜 中 心 上 的 顶 角 除 调 就 得 到 哈 天 - 道 威 棱 镜, 它 由 一 块 玻 璃 制 成 如 果 棱 镜 按 底 面 横 放 则 成 倒 立 的 象 如 果 按 侧 面 位 置, 则 成 反 向 的 象 这 是 一 种 直 视 棱 镜, 它 必 须 用 于 平 行 光 束 中 注 意 ; 随 着 折 射 率 的 增 加, 其 总 的 长 度 缩 短 双 道 威 棱 镜 : 该 棱 镜 由 两 只 哈 天 - 道 威 棱 镜 组 成 将 单 个 哈 天 - 道 威 棱 镜 对 半 切 开, 两 个 内 表 面 镀 银 以 后 胶 合 一 起 而 成 该 棱 镜 用 于 平 行 光 束 中, 与 单 个 哈 天 - 道 威 棱 镜 一 样 常 常 用 于 投 射 天 上 的 星 球 以 补 偿 太 阳 影 象 平 面 的 转 动 或 者 由 反 射 平 面 引 起 星 球 影 象 的 偏 转 别 汉 棱 镜 : 该 棱 镜 可 以 用 于 会 聚 或 发 散 光 路 之 中, 类 似 于 哈 天 道 威 棱 镜 由 于 它 的 光 路 很 长 可 以 使 仪 器 轮 廓 尺 寸 大 大 减 小 B 表 面 必 须 镀 银 根 据 棱 镜 在 仪 器 中 的 方 位 可 以 成 倒 立 反 向 的 象 两 个 被 组 合 的 棱 镜 稍 许 分 离 因 为 22.5 的 反 射 角 有 两 次 内 反 射, 故 必 须 精 密 制 作 图 A1.24 别 以 棱 镜 规 定 : A=1.00,β=45 0,a= ,θ= ,φ= , 图 A1.21 立 方 角 锥 棱 镜 规 定 : n=1.5170,a=0.2.71a=0.2071,b=0.1414a=0.1414, A=1.0,A 1 =0.97,C=3(90 0 ), β= 矢 量 角, s=0.002a=0.002,b=1.0824a=1.0824, α=90 0,a=0.09A H 1 =1.7071A=1.7071H=1.2071A=1.2071, D=1.8284A=1.8284,d=4.6213A=4.6213,d/n= 第 214 页

246 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 A 型 阿 棱 镜 : 该 成 倒 立 的 反 象, 但 是 不 偏 折 视 线, 因 而 常 常 称 为 直 视 棱 镜 它 用 于 贵 重 的 正 向 的 双 管 双 目 瞄 准 镜 中 注 意 在 这 一 对 胶 合 棱 镜 中, 棱 镜 2 与 棱 镜 1 的 3A 面 胶 合 右 图 A1.25 A 型 阿 贝 棱 镜 规 定 : A=1.00,φ=30 0,a=90 0,n=1.517,θ=60 0, β=45 0,H 1 =1.4142A=1.4141, B=1.3094A=1.3094,c=0.7071A= b=0.5774a=0.5774, 组 件 长 度 L,3.4644A=3.4644, d=5.1962a=5.1962,d/n= B 型 阿 贝 棱 镜 : 该 棱 镜 由 三 块 棱 镜 胶 合 在 一 起, 而 A 型 由 两 个 棱 镜 胶 合, 除 此 以 外 与 A 型 一 样, 其 中 两 只 棱 镜 60 的 入 射 面 与 出 射 面 是 同 一 个 表 面 右 图 A1.26 B 型 阿 阿 贝 棱 镜 规 定 : A=1.00,B=120 0,φ=30 0,n=1.517, θ=60 0,Y=45 0,a=0.7071A=0.7071, α=90 0,b=0.5773A=0.5773, B=1.1547A=1.1547,d=5.1962A= d/n= 卡 尔 蔡 司 系 统 : 该 光 学 部 件 如 图 A1.27 所 示 由 三 块 单 棱 镜 组 合 而 成 物 镜 放 在 前 面 或 P 1 与 P 2 之 间 通 常 为 了 更 好 地 保 护 火 石 玻 璃 物 镜, 将 物 镜 放 第 215 页

247 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 在 P 1 与 P 2 之 间 该 系 统 成 倒 立 的 反 象, 但 是 不 偏 折 视 线 视 线 的 移 动 量 取 决 于 棱 镜 与 物 镜 之 间 的 距 离 右 图 A1.27 卡 尔 蔡 司 系 统 规 定 : A=1.00,n=1.5170, θ=45 0,φ=60 0,a=90 0, H 1 =2.3800A=2.3800, B=0.7320A=0.7320, D=1.1800A=1.1800, c=0.7071a= C.P 高 兹 系 统 : 该 系 统 类 似 于 卡 尔 蔡 司 系 统, 由 三 块 单 棱 镜 组 合 而 成 它 成 倒 立 的 反 象, 但 是 不 偏 折 视 线 注 意 两 个 系 统 相 似 之 处 是 把 蔡 司 系 统 中 的 60 单 棱 镜 装 入 高 兹 系 统 的 屋 脊 棱 镜 之 中 了 右 图 A1.28 C.P 高 兹 系 统 规 定 : A=1.0, n=1.5170, a=90 0,θ=45 0,φ= , β=135 0,y= , H 1 =2.4140A=2.4140, C=1.1620A=1.1620, B=0.9200A=0.9200, D=0.8600A=0.8600, c=0.7071a=0.7071, R=A 渥 莱 斯 登 棱 镜 : 年 英 国 W.R 渥 莱 斯 顿 设 计 了 这 种 棱 镜 它 由 两 块 玻 璃 制 成, 既 不 成 反 象 也 不 成 倒 象, 但 是 偏 折 视 线 90 角 因 为 它 的 形 状 不 合 适, 在 军 事 瞄 准 镜 中 不 采 用 这 种 棱 镜 制 图 员 与 艺 术 家 在 复 制 时 使 用 这 种 仪 器 注 意, 如 果 棱 镜 位 置 适 当, 使 观 察 者 的 眼 睛 与 样 板 大 约 相 处 10 in 时, 则 观 察 者 可 以 第 216 页

248 附 录 附 录 1 棱 镜 的 类 型 在 纸 上 追 迹 影 象 双 目 显 微 镜 中, 类 似 于 棱 镜 的 还 需 要 其 它 棱 镜 组 合 系 统 许 多 测 距 仪 在 目 镜 附 近 有 复 杂 的 胶 合 棱 镜, 其 目 的 是 为 了 同 时 瞄 准 定 向 物 体 的 重 合 象 仔 细 研 究 这 种 棱 镜 组 合 件 表 明, 它 们 是 由 斜 方 棱 镜 道 威 棱 镜 光 束 分 离 器 和 其 它 棱 镜 组 合 而 成 当 胶 合 在 一 起 时, 得 到 要 求 的 视 点 并 使 两 个 望 远 镜 的 物 体 重 合 右 图 A1.29 渥 莱 斯 登 棱 镜 规 定 : A=1.00,n=1.517,θ= , C=2.6131A=2.6131, B=3.4142A=3.4142, R= A=2.4142, d=2r=4.8284a=4.8284, d/n= 参 考 文 献 -- 附 录 1. Department of the Army. Design of Fire-Cotrol Optics, ORDM-2-1,68-103,(1940) Department of Defense. Military Standardization Handbook Mil HBK-141, (October ) Office of Naval Research,Department of the Navy. Handbook of Infar-Red Tecnology, (1965) 第 217 页

249 附 录 附 录 2 小 尺 寸 平 行 平 板 的 制 造 附 录 2 小 尺 寸 平 行 平 板 的 制 造 小 的 平 行 平 板 在 光 学 车 间 里 有 许 多 用 途, 特 别 是 制 造 棱 镜 时 更 为 有 用. 旧 的 分 划 板 可 以 作 为 平 行 平 板 使 用, 因 为 它 是 经 过 精 密 制 造 而 达 到 光 学 表 面 质 量 的 平 行 平 面 元 件. 车 间 使 用 的 直 径 范 围 为 0.5in-0.75in, 再 大 的 直 径 一 般 不 采 用 将 这 种 平 行 平 板 湿 贴 于 棱 镜 表 面 或 其 它 的 细 磨 面 上, 则 不 会 引 起 泰 曼 效 应 所 导 致 的 光 学 平 面 的 变 形 细 磨 (95 号 氧 化 铝 ) 一 个 表 面 是 必 要 的 为 保 证 平 行 性, 可 直 立 地 安 装 一 台 自 准 直 仪 ( 见 图 A2.1) 图 上 表 示 的 是 将 事 先 磨 好 的 十 字 线 分 划 板 放 在 透 镜 纸 上, 并 压 上 大 于 镜 片 直 径 的 垫 圈 整 个 组 件 放 在 自 准 直 平 台 或 光 学 车 间 已 有 的 平 面 抛 光 面 上 自 准 直 仪 接 收 由 车 间 平 台 或 事 先 研 磨 好 的 十 字 线 分 划 板 所 形 成 的 自 准 直 象 如 果 象 是 重 叠 的, 则 表 明 十 字 线 分 划 板 是 一 块 平 行 平 板 一 般 观 察 到 的 是 如 图 b 和 c 所 示 的 分 离 象 影 象 c 可 以 旋 转 到 b 在 位 置 b 处 加 压 预 先 研 磨 好 的 十 字 线 分 划 板, 可 使 分 离 的 象 趋 向 于 靠 近 细 磨 修 整 时, 在 十 字 线 分 划 板 的 某 一 图 A2.1 将 一 块 小 分 划 板 细 磨 成 一 块 平 行 平 板 区 域 加 压, 使 象 重 叠 再 检 验 抛 光 表 面 的 平 面 性 重 新 研 磨 时, 泰 曼 效 应 经 常 使 另 一 个 抛 光 好 的 表 面 变 形 如 果 发 生 这 种 情 况, 则 用 沥 青 抛 光 盘 重 新 手 修 已 抛 光 过 的 表 面, 但 必 须 使 表 面 质 量 优 于 半 个 光 圈 修 磨 后, 将 平 行 平 面 板 仔 细 地 直 接 放 在 光 学 平 板 的 镀 铝 面 上 后 重 新 检 验 其 平 行 性 检 验 象 的 重 叠 时 必 须 有 一 块 镀 铝 的 平 行 平 板 光 学 技 工 第 一 次 加 工 的 玻 璃 元 件 多 半 是 小 尺 寸 的 光 学 平 板 参 考 文 献 -- 附 录 2. De Vang A.S. Reduplication of a Penta Prism Angle Using Master Angle Prisms and a Plano-Interferometer. Appl.Opt.10, (1971). 第 218 页

250 附 录 附 录 3 用 沥 青 胶 粘 结 玻 璃 导 块 与 保 护 玻 璃 附 录 3 用 沥 青 胶 粘 结 玻 璃 导 块 与 保 护 玻 璃 为 了 便 于 加 工, 经 常 用 沥 青 胶 将 玻 璃 导 块 及 保 护 玻 璃 粘 结 到 棱 镜 与 其 它 元 件 上 这 有 以 下 几 个 原 因 : 1) 加 工 斜 方 棱 镜 和 道 威 棱 镜 的 入 射 面 与 出 射 面 时 具 有 不 均 匀 的 质 量 分 布 2) 借 助 于 导 块 可 以 单 独 手 工 修 磨 很 小 的 棱 镜 ( 底 边 伪 0.5in) 3) 细 磨 及 抛 光 时, 大 多 数 光 学 技 工 发 现 导 块 主 要 用 于 校 正 和 保 护 小 的 与 中 等 大 小 棱 镜 的 尖 锐 棱 边 制 作 玻 璃 导 块 有 下 列 几 个 要 点 :(a) 玻 璃 导 块 与 被 加 工 的 玻 璃 必 须 是 同 样 的 玻 璃 牌 号, 而 且 最 好 是 同 一 炉 号 的 玻 璃 (b) 研 磨 时, 倒 角 面 易 于 消 失, 所 以 导 块 的 角 度 必 须 研 磨 的 很 好, 而 且 倒 角 要 大 一 些 在 常 温 下 粘 结 用 的 沥 青 胶 其 强 度 要 高 而 熔 化 温 度 要 低 1. 沥 青 胶 为 了 将 玻 璃 零 件 胶 到 金 属 夹 具 上 以 及 将 玻 璃 导 块 胶 到 棱 镜 上, 最 好 用 按 重 量 比 为 三 份 蜂 蜡 三 份 松 香 二 份 地 蜡 组 成 的 低 熔 点 的 沥 青 胶 Carnuba 蜡 可 以 代 替 地 蜡 用 熔 融 的 沥 青 胶 注 入 铝 薄 片 的 凹 槽 中 制 成 小 直 径 的 沥 青 胶 棒, 将 冷 却 后 的 沥 青 胶 在 平 面 上 搓 滚 成 单 根 胶 棒, 这 样 就 可 以 方 便 的 除 去 陷 入 的 铝 薄 片 沥 青 一 般 在 80 熔 化, 需 用 软 的 棉 手 套 保 护 双 手 2. 玻 璃 导 块 和 保 护 片 的 制 作 玻 璃 导 块 通 常 用 于 具 有 长 方 形 或 直 角 形 的 角 面 玻 璃 导 块 大 约 比 棱 镜 的 底 面 长 1.5 倍 图 A3.1 表 示 将 玻 璃 导 块 胶 到 典 型 ( 直 角 ) 棱 镜 侧 面 上 的 两 种 方 式 : 玻 璃 导 块 胶 粘 到 下 面 棱 镜 的 斜 边 上 通 常 在 两 个 玻 璃 表 面 之 间 放 入 透 镜, 以 有 利 于 补 偿 泰 曼 效 应 当 细 磨 另 一 面 时, 泰 曼 效 应 将 会 使 已 抛 光 的 表 面 弯 曲 变 形 玻 璃 导 块 应 制 作 到 一 定 的 精 度, 特 别 是 45 0 角 的 表 面 铣 磨 90 0 和 45 0 角 表 图 A3.1 用 沥 青 胶 将 预 制 的 玻 璃 导 块 胶 到 面 时, 要 用 金 属 夹 具 夹 住 玻 璃 导 块 玻 典 型 ( 直 角 ) 棱 镜 上 璃 导 块 的 数 量 根 据 被 加 工 棱 镜 组 合 体 的 数 量 确 定 一 般 四 个 组 合 体 已 足 够, 因 为 一 个 组 合 体 正 在 加 工 是, 另 一 个 已 抛 光 过 的 组 合 体 已 可 以 冷 却 下 来 将 锯 开 棱 镜 是 所 剩 下 的 边 角 玻 璃 切 割 成 玻 璃 导 块 也 可 以 用 平 板 玻 璃 制 作 布 朗 查 德 棱 镜, 但 要 避 免 用 任 何 抛 光 面 作 为 棱 镜 的 装 夹 面 表 面 铣 磨 成 型 以 后, 用 145 号 铝 砂 手 工 倒 成 0.02in 的 倒 角, 然 后 用 手 工 在 外 圆 磨 床 或 倒 边 机 上 把 角 顶 磨 出 小 平 面 因 为 研 磨 棱 镜 表 面 时, 倒 角 会 慢 慢 磨 掉, 所 以 倒 角 面 必 须 大 一 些 没 一 种 角 度 面 的 制 造 情 况 都 不 一 样, 特 别 是 作 为 工 夹 具 的 棱 镜 倒 角 面 一 定 要 大 在 从 一 只 大 的 直 角 棱 镜 上 切 割 一 对 立 方 棱 镜 和 光 束 分 束 器 的 制 作 第 219 页

251 附 录 附 录 3 用 沥 青 胶 粘 结 玻 璃 导 块 与 保 护 玻 璃 过 程 中 要 用 玻 璃 导 块 作 保 护 平 板 玻 璃 的 粗 抛 光 平 行 平 板 要 用 滚 圆 的 平 板, 一 般 用 平 板 玻 璃 或 窗 玻 璃 来 制 造 这 种 保 护 玻 璃 它 们 在 滚 圆 以 前 用 玻 璃 刀 切 成 八 角 形, 但 要 注 意 不 能 用 磨 钝 的 碎 边 的 玻 璃 切 割 刀 来 切 割 3. 玻 璃 导 块 及 保 护 平 板 的 胶 结 在 电 热 平 板 上 加 热 底 边 小 于 1in 的 棱 镜 时 需 先 在 平 板 上 放 上 白 毛 巾 纸, 其 目 的 是 :(a) 保 护 已 抛 光 过 的 表 面 ;(b) 控 制 玻 璃 零 件 的 温 度 如 果 纸 开 始 烧 焦, 说 明 温 度 太 高 大 的 零 件 在 可 控 制 的 加 热 炉 里 加 热 时 应 将 白 毛 巾 纸 垫 在 石 棉 板 上 注 意 重 量 不 均 匀 的 棱 镜, 当 加 热 不 均 匀 时 会 炸 裂 加 热 带 玻 璃 导 块 的 棱 镜 组 合 体 时 要 加 倍 小 心, 也 是 容 易 学 会 的 先 裁 一 条 比 棱 镜 稍 长 及 稍 宽 的 透 镜 纸 备 用 在 平 的 铸 铁 平 板 工 作 台 上 放 几 张 毛 巾 纸 ( 应 戴 上 棉 手 套, 以 防 加 热 棱 镜 的 热 量 传 到 手 上 ), 在 平 的 工 作 表 面 上 装 夹 棱 镜 时, 用 沥 青 胶 棒 将 胶 涂 在 棱 镜 上 面, 然 后 用 另 一 只 手 把 预 先 裁 好 的 长 条 纸 贴 在 棱 镜 面 上, 但 长 条 纸 不 要 超 过 表 面 尺 寸 ( 大 约 0.04in 已 足 够 ), 并 用 小 木 头 棒 移 动 透 镜 纸 在 把 玻 璃 导 块 防 在 棱 镜 的 每 一 边 上, 以 确 保 导 块 在 底 边 上 处 于 等 距 离 的 位 置 图 A3.2 用 沥 青 胶 将 玻 璃 导 块 胶 粘 于 斜 方 然 后 将 组 合 体 放 在 纸 上, 而 纸 放 在 第 二 块 铸 铁 平 棱 镜 上 来 平 衡 棱 镜 的 悬 臂 重 量 面 上, 并 紧 紧 地 压 下 棱 镜 使 棱 镜 与 导 块 粘 合 待 组 合 体 冷 却 时, 一 次 又 一 次 地 加 压, 最 后 用 木 头 块 将 玻 璃 导 块 的 端 部 弄 方 正, 使 端 部 齐 平 然 后 再 压 一 次 冷 却 后, 用 二 甲 苯 和 牙 签 再 清 理 倒 角 面 和 纸 如 图 A3.2 所 示, 研 磨 和 抛 光 斜 方 棱 镜 及 道 威 棱 镜 时, 需 要 将 玻 璃 导 块 胶 粘 到 棱 镜 侧 面 上 此 时 要 用 更 重 和 更 大 的 玻 璃 导 块 来 平 衡 组 合 件 的 大 的 悬 臂 重 量 光 学 技 工 常 常 需 要 在 玻 璃 圆 盘 的 四 周 研 磨 与 抛 光 四 个 小 的 窗 口, 用 以 检 查 玻 璃 的 均 匀 性 如 图 A3.3 所 示, 需 要 两 块 平 行 的 玻 璃 导 块, 并 且 必 须 用 透 镜 纸 来 保 护 平 行 平 板 的 粗 抛 光 表 面 为 了 看 出 准 备 切 出 的 棱 镜 形 状, 通 常 将 保 护 玻 璃 粘 在 粗 抛 光 的 平 行 平 板 上 大 的 零 件 必 须 放 在 可 控 制 的 加 热 炉 里 慢 慢 加 热, 玻 璃 坯 料 放 在 石 棉 垫 板 上, 中 间 垫 以 毛 巾 纸 将 第 一 块 圆 的 平 板 玻 璃 在 加 热 炉 里 胶 粘 到 玻 璃 坯 料 的 上 表 面 当 然, 透 镜 纸 要 夹 在 两 块 玻 璃 之 间, 然 后 翻 过 来 再 胶 上 第 二 板 圆 的 平 板 玻 璃 胶 图 A3.3 用 沥 青 胶 将 玻 璃 导 块 胶 合 于 粘 保 护 玻 璃 时 都 必 须 戴 上 棉 手 套 上 述 工 序 应 单 独 一 玻 璃 圆 盘 上, 以 便 制 造 窗 口 来 检 验 人 来 操 作 如 果 两 个 光 学 技 工 一 起 操 作 就 必 然 要 谈 话, 玻 璃 的 均 匀 性 或 者 胶 合 保 护 玻 璃, 我 曾 亲 眼 看 到 当 两 个 人 同 时 操 作 时, 因 为 谈 话 时 的 口 以 便 于 金 刚 石 锯 切 水 喷 射 到 玻 璃 上, 而 使 加 热 的 玻 璃 炸 裂 参 考 文 献 -- 附 录 3. De Vang A.S. Making Right-Angle and Dove Prisms, Appl.Opt.7,1086(1968) 第 220 页

252 附 录 附 录 4 偏 转 棱 镜 的 干 涉 检 验 法 附 录 4 偏 转 棱 镜 的 干 涉 检 验 法 泰 曼 已 介 绍 了 一 部 分 偏 转 棱 镜 的 干 涉 检 验 法 本 附 录 提 供 了 其 它 情 况 所 需 要 的 资 料, 特 别 是 抛 修 90 屋 脊 角 时 的 检 验 方 法 泰 曼 阐 明 了 棱 镜 在 干 涉 仪 中 的 位 置 当 进 行 屋 脊 校 正 时, 为 了 更 好 更 快 地 将 棱 镜 定 位, 可 在 棱 镜 附 近 用 第 三 块 反 射 平 面 镜 (m 3 ). 它 能 使 干 涉 仪 稳 定 并 且 可 以 检 验 m 2 上 的 垂 直 条 纹 检 验 棱 镜 时, 应 用 厚 纸 板 遮 住 第 二 块 反 射 镜 (m 2 ) 另 一 种 方 法 是 用 低 功 率 激 光 器 (0.3mv), 使 光 束 直 接 通 过 光 束 分 束 器 棱 镜 及 第 三 块 平 面, 使 每 一 个 激 光 斑 与 其 本 身 重 合 注 意 操 作 时 务 必 戴 上 安 全 护 目 镜, 结 束 后, 关 掉 激 光 器 ( 见 图 A4.1) 泰 曼 说 明 了 两 组 水 平 条 纹 表 示 90 0 屋 脊 反 射 角 的 误 差, 但 是 他 没 有 说 明 90 0 屋 脊 修 整 得 更 好 时 的 两 组 垂 直 条 纹 以 及 由 于 角 度 误 差 时 90 0 屋 脊 的 V 形 条 纹 ( 见 图 A4.2) 条 纹 的 图 A4.1 检 验 90 0 屋 脊 时, 在 棱 镜 附 近 安 置 第 三 块 倾 斜 由 两 种 原 因 引 起 :(a)90 0 角 不 正 确 ; 反 射 镜 (m 3 ) 而 组 成 干 涉 仪, 这 使 棱 镜 的 抚 慰 更 为 (b) 条 纹 实 际 上 是 由 于 m 1 和 m 2 垂 直 象 形 容 易 虚 线 表 示 光 学 零 件 对 准 时 用 一 支 激 光 束, 成 的 圆 条 纹 的 一 部 分, 一 组 条 纹 在 另 一 组 使 光 斑 与 光 学 零 件 垂 直 条 纹 的 后 面 ( 见 图 A4.2a~c) 图 A4.3 典 型 棱 镜 的 角 度 修 磨 / 抛 修 图 A4.2 检 验 典 型 偏 转 棱 镜 90 屋 脊 时, 在 时 压 力 点 总 是 加 在 负 的 玻 璃 角 上 干 涉 仪 中 观 察 到 的 两 组 平 行 的 倾 斜 条 纹 可 以 用 几 种 方 法 确 定 90 0 屋 脊 角 的 正 负 一 种 方 法 是 将 反 射 镜 m 3 稍 向 后 移 动 使 光 程 增 加 : 如 果 V 形 条 纹 向 屋 脊 移 动, 则 玻 璃 角 为 钝 角 ( 正 ) 或 大 于 90 ; 反 之 V 形 条 纹 远 离 屋 脊 则 为 锐 角 ( 负 ) 或 小 于 90 许 多 光 学 技 工 对 玻 璃 角 度 的 正 负 混 淆 不 清, 他 们 认 为 抛 光 时 的 加 压 点 是 在 正 的 角 度 上, 而 实 质 上 总 是 在 负 的 角 度 上 加 压 图 A4.3 的 分 析 说 明 了 这 一 事 实 光 学 加 工 时 不 可 能 加 上 一 层 玻 璃, 只 有 计 算 机 才 能 作 加 法 运 算, 当 然 修 改 棱 镜 的 角 度 时 总 是 在 负 的 角 度 上 加 压 如 果 用 第 十 三 章 所 述 的 内 外 自 准 直 检 验 技 术 制 造 了 偏 转 棱 镜, 但 因 玻 璃 的 不 均 匀 性 以 及 抛 光 表 面 的 象 散 使 条 纹 可 能 存 在 另 外 一 些 缺 陷 的 话, 则 可 用 一 块 符 合 标 准 的 平 晶 来 检 验 棱 镜 的 抛 光 表 面 如 果 棱 镜 的 抛 光 表 面 是 平 的, 则 是 玻 璃 的 不 均 匀 性 而 导 致 OPD( 光 程 差 ) 条 纹 参 考 文 献 -- 附 录 4. De Vany,A S. Testing a Prism, s a Compound Angle, Appl Opt,14, (1975). De Vany,A.S. Deviation Prisms.Cotrolling the 90 Roof-Angle Ridge Appl.Opt,15,1104(1976). Twyman F. Prism and Lens Marking Hilger-Watts,Ltd,London, ,426(1952). 第 221 页

253 附 录 附 录 5 磨 料 对 照 表 附 录 5 磨 料 对 照 表 制 造 单 位 制 造 粒 度 近 似 尺 寸 (μm) 商 品 名 称 或 其 它 类 型 8 号 357 Synthetics 50 号 297 Synthetics 60 号 250 Synthetics 76 号 210 Aluminum ( 全 部 尺 寸 根 据 下 列 公 司 标 准 CarbordundumCo.NortonCo., Universal ShellacCo., and 其 它 ) 80 号 177 Oxide and 100 号 149 Silicon 120 号 125 Carbide 150 号 号 号 号 号 50 细 磨 料 Carborundum Co. F 50 Carborunduum SiC Norton Co. F 50 Crystalon SiC Carborundum Co. F 50 Aloxide Al 2 O 3 Universal Shellac F 50 Unalite or Al 2 O 3 Unalum Carborundum Co. FF 45 Carborundum SiC Norton Co. FF 45 Crystalon SiC Barton Mines W-0 35 Garnet Al 2 O 3 Bausch & Lomb Corundum Al 2 O 3 Universal Shellac W-0 和 W 0 A 30 Unalite or Al 2 O 3 Unalum Barton Mines W-1 30 Garnet Al 2 O 3 C arborundum Co Carborundum Al 2 O 3 Norton Co Crystalon SiC Universal Shellac Unalite or Al 2 O 3 Barton Mines W-1 30 Garnet Al 2 O 3 Carborundum Co Carborundum Al 2 O 3 Norton Co Crystalon SiC Universal Shellac Unalite or Al 2 O 3 Unalum Barton Mines W-1 30 Garnet Al 2 O 3 Carborundum Co Carborundum Al 2 O 3 Norton Co Crystalon SiC Universal Shellac Unalite or Al 2 O 3 Unalum Carborundum Co. FF 30 Carborundum SiC Norton Co. FF 30 Alundium Al 2 O 3 Universal Shellac FF 30 Unisil SiC Universal Shellac FF 30 Unalite or Al 2 O 3 Unalum General Abrasive Co. XF 30 Garnet Al 2 O 3 Universal Shellac #28 28 Garnet Al 2 O 3 第 222 页

254 附 录 附 录 5 磨 料 对 照 表 Universal Shellac W-1 和 W 1 -A 28 Garnet Al 2 O 3 Carborundum Co Carborundum SiC Norton Co Crystalon SiC Universal Shellac Unsil SiC General Abrasive Co. FFF 26 Garnet Al 2 O 3 Bausch & Lomb Garnet Al 2 O 3 Universal Shellac #25 25 Unalite or Al 2 O 3 Unalum Universal Shellac W-2 或 W-A 25 Garnet Al 2 O 3 Universal Shellac Unifine Corundum Universal Shellac FFF 24 Unisil Carborundum Barton Mines FFF 23 Garnet Al 2 O 3 King & Malcom KA 23 Anchor Al 2 O 3 Carborundum Co Aloxide Al 2 O 3 American Optical Co A.O.302 Al 2 O 3 Universal Shellac Unifine Al 2 O 3 Universal Shellac Unalum Al 2 O 3 Universal Shellac Unalum Al 2 O 3 Universal Shellac Unsil SiC Carborundum Co. FFFF 20 Aloxide Al 2 O 3 Carborundum Co. FFFF 20 Carborundum SiC Universal Shellac FFFF 20 Unalum Al 2 O 3 Universal Shellac FFFF 20 Unlite Al 2 O 3 Universal Shellac Unsil SiC Universal Shellac W 3, W 2 A 20 Garnet Garnet Bausch & Lomb Corundum Corundum Barton Mines W-3 20 Garnet Garnet General Abrasive Co Al 2 O 3 Universal Shellac Unalite Garnet Universal Shellac Unafine Corundum American Optical / 2 18 A.O. Al 2 O 3 Bausch & Lomb Garnet Al 2 O 3 King & Malcom KC 17 1 / 2 Anchor Al 2 O 3 Carborundum Co / 2 Carborundum SiC Universal Shellac / 2 Unsil SiC Universal Shellac / 2 Unalite Garnet General Abrasive Co. 2T 17 2T Al 2 O 3 Titmus Optical Co. 2X 16 2X Al 2 O 3 Bausch & Lomb A.O.950 Al 2 O 3 Universal Shellac Garnet Garnet Universal Shellac W4-W4A 16 Garnet Barton Mines W / 2 Garnet Bausch & Lomb / 2 Corundum Universal Shellac Unalum Al 2 O 3 Universal Shellac Unlite Garnet American Opt Corundum 第 223 页

255 附 录 附 录 5 磨 料 对 照 表 J.Rhodes Al 2 O 3 King & Malcom KH 14 1 / 2 Anchor KH Al 2 O 3 Carborundum Co / 2 Aloxide Al 2 O 3 Barton Mines W-5 14 Garnet Universal Shellac Garnet Universal Shellac W-5 14 Washed garnet Titmus Optical Co. 3X Fine 13 1 / 2 Al 2 O 3 Carborundum Co / 2 Aloxide Al 2 O 3 King & Malcom KO 12 1 / 2 Anchor Al 2 O 3 Universal Shellac Unalite Garnet Universal Shellac Unalum Al 2 O 3 Universal Shellac W-6 12 Washed garnet American Optical Co / 2 11 Corundum 第 224 页

256 附 录 附 录 6 样 板 条 纹 换 算 表 附 录 6 样 板 条 纹 换 算 表 样 板 条 纹 换 算 表 ( 每 英 寸 和 每 厘 米 ) R/D 条 纹 /in 条 纹 /cm R/D 条 纹 /in 条 纹 /cm , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 第 225 页

257 附 录 附 录 6 样 板 条 纹 换 算 表 例 如,(1) 样 板 : 口 径 2.5in;R/D=2.222; 名 义 曲 率 半 径 5.555±0.001in; 在 R/D 为 2.2 时 查 到 条 纹 为 2, 条 纹 /in(965.1 条 纹 /cm), 小 数 点 移 动 三 位 ( 乘 0.001) 后 为 2.45 条 纹 /in(0.96 条 纹 /cm) θ 用 英 寸 和 厘 米 给 出 的 名 义 公 差 可 以 有 各 种 不 同 的 范 围 而 且 公 差 总 是 呈 对 称 分 布 车 间 图 纸 应 标 明 对 给 定 样 板 的 条 纹 数 ( 通 常 称 为 光 圈 ) 参 考 文 献 -- 附 录 6. DeVany,A.S.Northrop Memo(1964) 第 226 页

258 附 录 7 附 录 7 基 础 光 学 工 艺 附 录 镀 银 液 的 剂 量 与 配 制 次 序 镀 银 液 的 剂 量 与 配 制 次 序 gNaOH 溶 解 于 1800cm 3 的 蒸 馏 水 中 2. 10gAgNO 3 溶 解 于 11 cm 3 蒸 馏 水 中 3. 取 35 cm 3 的 溶 液 (1) 加 到 AgNO 3 中 慢 慢 搅 拌 4. 将 溶 液 (3) 加 入 整 个 (1) 中 慢 慢 搅 拌 银 溶 液 可 以 用 几 个 星 期 备 料 : 将 4.62 cm 3 H 2 SO 4 ( 浓 硫 酸 ) 加 到 58 cm 3 的 蒸 馏 水 中 还 原 : 将 170 cm 3 的 蒸 馏 水 与 30g 葡 萄 糖 加 入 3.9 cm 3 的 硫 酸 溶 液 中 减 薄 : 将 两 份 二 氯 化 锡 加 到 1Pt 的 自 来 水 中 配 制 成 新 鲜 溶 液, 镀 银 时 将 1OZ 还 原 液 加 到 1Pt 银 溶 液 中 清 洁 所 有 的 工 具, 并 用 ( 热 ) 洗 涤 液 彻 底 清 洗 镀 银 容 器, 然 后 在 热 水 中 漂 清 容 器 表 面 的 任 何 不 清 洁 都 必 须 重 新 清 洗, 可 用 一 根 棉 花 棒 蘸 上 CP 级 硫 酸 擦 拭, 然 后 再 用 蒸 馏 水 冲 洗 用 类 似 的 方 法 清 洁 所 有 的 光 学 表 面, 然 后 用 稀 释 溶 液 清 洗, 再 用 自 来 水 彻 底 冲 洗, 并 用 蒸 馏 水 ( 喷 雾 瓶 中 ) 至 少 快 速 清 洗 两 次 后 再 放 在 蒸 馏 水 料 盘 中 将 还 原 溶 液 与 银 溶 液 很 快 混 和, 再 将 光 学 零 件 直 接 放 进 银 溶 液 中 用 一 根 木 棒 ( 压 舌 片 ) 搅 拌 溶 液, 并 镀 银 2~3min 取 出 光 学 零 件 并 在 水 中 清 洗 干 净, 再 放 在 毛 巾 上 干 燥, 然 后 喷 涂 塑 料 层, 并 用 丙 酮 除 去 非 工 作 面 上 的 塑 料 层 在 水 涤 槽 中 漂 洗 银 溶 液 并 清 洗 所 有 配 制 用 的 容 器 若 顾 客 保 留 用 过 的 银 溶 液, 则 可 把 银 溶 液 倒 入 盐 溶 液 中 保 存, 用 稀 硫 酸 溶 液 漂 洗 镀 银 容 器, 然 后 再 在 水 中 漂 洗 第 227 页

259 附 录 附 录 8 棱 镜 的 光 学 修 磨 附 录 8 棱 镜 的 光 学 修 磨 由 于 玻 璃 的 不 均 匀 性 必 须 用 光 学 修 磨 ( 光 学 表 面 的 局 部 抛 修 技 术 ) 使 棱 镜 的 质 量 保 证 (QA) 达 到 OPD 于 1/2 波 长 棱 镜 置 于 泰 曼 格 林 干 涉 仪 或 享 德 里 克 斯 干 涉 仪 中 进 行 观 察 测 量, 由 于 干 涉 实 质 上 给 出 的 是 双 光 路 光 程 差 的 透 射 条 纹, 所 以 需 将 侧 量 值 除 以 2 假 设 在 本 附 录 中 的 透 射 圈 数 (OPD) 已 取 1/2 值, 粗 略 计 算 时, 棱 镜 表 面 的 一 个 面, 而 另 一 面 保 持 平 的 修 磨 棱 镜 时, 希 望 棱 镜 的 偏 转 角 也 同 时 得 到 修 正 局 部 修 磨, 面 形 抛 修 和 修 饰 是 同 义 词 1 棱 镜 的 干 涉 检 验 市 售 的 许 多 干 涉 仪 可 用 于 检 验 光 学 组 件 和 透 镜 系 统 的 OPD. 泰 曼 = 格 林 或 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 出 现 以 后, 大 多 数 干 涉 仪 是 依 此 仿 造 的 棱 镜 检 验 中 最 常 用 的 干 涉 仪 是 孔 径 为 102mm 的 干 涉 仪 戴 维 孙, 奥 普 特 尼 克 斯 (Optronics) 已 制 造 出 了 大 型 的 (30.5cm) 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 这 种 大 尺 干 涉 仪 是 有 使 用 价 值 的, 因 为 可 以 在 三 个 方 向 检 验 大 块 玻 璃 的 均 匀 性 有 些 棱 镜 是 小 尺 寸 的, 在 干 涉 仪 中 安 放 这 种 小 棱 镜 很 困 难 这 可 用 低 功 率 激 光 器 直 接 通 过 棱 镜 表 面 上 的 分 光 板 将 光 束 射 向 第 二 块 平 面, 调 整 棱 镜 和 靠 近 棱 镜 的 第 二 块 平 面, 使 分 炮 板 上 的 一 系 列 激 光 斑 点 互 相 重 合 图 A8.1 是 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 的 光 学 装 置 一 般 棱 镜 的 表 面 应 加 工 到 1/8 光 圈, 用 测 角 仪 或 自 准 直 检 验 角 度 可 以 达 到 优 于 2 用 干 涉 仪 检 验 OPD 时 可 能 出 现 两 圈 双 上 的 不 规 则 光 圈,( 两 个 光 圈 是 一 个 波 长 ) 大 多 数 棱 镜 的 OPD 是 1/4 光 圈 或 1/2 波 长 图 A8.1 用 亨 德 里 克 斯 干 涉 仪 检 验 典 型 棱 镜 的 炮 程 差 OPD 附 录 开 始 时 已 指 出 修 磨 棱 镜 时 只 能 修 磨 棱 镜 的 一 个 面, 不 能 用 入 射 面 与 出 射 面 的 修 磨 来 达 到 平 衡 有 些 棱 镜 已 加 工 到 优 于 2" 的 角 度 误 差, 但 当 棱 镜 修 磨 到 λ/4(opd) 时,2 的 角 度 精 度 又 失 去 了, 这 时 就 必 须 将 角 度 重 新 修 磨 到 2 在 重 新 修 磨 时 不 能 使 已 修 磨 过 的 表 面 爱 到 破 坏, 所 以 必 须 修 磨 棱 镜 的 其 它 表 面 粗 略 地 计 算 一 下, 口 径 为 50mm 的 典 型 棱 镜, 一 个 光 圈 的 变 化 相 当 于 1 大 的 棱 镜 ( 如 五 角 棱 镜 ) 有 时 有 2~3 个 OPD 公 差 有 90% 的 可 能 性 会 出 现 OPD 象 散 光 圈, 有 时 在 一 个 平 面 上 光 圈 数 多 而 且 同 时 具 有 凸 或 凹 的 波 面 另 一 个 平 面 可 能 呈 相 反 的 波 面 而 在 1 /2 光 圈 以 内 光 圈 的 修 磨 要 求 是 一 个 面 的 误 差 去 补 尝 另 一 面 的 误 差 初 学 光 学 修 磨 的 操 作 者 对 变 化 一 个 光 圈 的 光 程 差 所 需 要 的 抛 光 量 感 到 十 分 惊 奇 欲 得 到 光 程 差 变 化 一 个 光 圈, 光 学 表 面 上 需 要 修 磨 出 四 个 光 圈 的 变 化 操 作 者 称 图 A8.2 修 磨 前 检 验 两 个 方 向 的 OPD 这 种 光 程 差 波 面 为 不 规 则 性 条 纹 以 确 定 凸 面 形 的 方 位 第 228 页

260 附 录 附 录 8 棱 镜 的 光 学 修 磨 在 干 涉 仪 中 检 验 棱 镜 时 总 是 先 检 验 棱 镜 的 一 只 角 度, 然 后 再 检 验 另 一 只 角 度 并 检 验 两 个 角 度 面 图 A8.2a--b 表 示 棱 镜 存 在 向 量 折 射 率 偏 差 时 的 OPD 条 纹 图 A8.2a 是 一 种 难 以 修 磨 的 面 形 如 果 图 A8.2 b 的 中 心 部 分 是 凸 波 面 或 凹 波 面 ( 操 作 者 为 高 或 低 ), 在 最 靠 近 棱 镜 的 反 射 平 面 夹 具 的 前 面 轻 轻 地 压 一 下, 则 棱 镜 与 平 面 间 的 光 程 增 加 如 果 条 纹 向 外 扩 散, 则 OPD 小 波 面 是 凸 的, 或 称 之 为 高 ; 反 之 条 纹 向 中 心 收 拢, 则 为 凹 波 面 或 低 的 这 种 波 面 的 判 读 法 类 似 于 用 样 板 检 验 光 学 平 面 时 的 方 法 总 之, 要 记 住 在 干 涉 仪 中 观 察 到 的 OPD 条 纹, 而 不 是 反 射 条 纹 当 观 察 两 个 面 的 OPD 条 纹 与 象 散 时, 要 识 别 出 一 个 面 是 凸 面, 另 一 个 面 是 平 面 或 凹 面, 反 之 亦 然 初 学 者 用 驼 毛 刷 沾 以 红 粉 或 用 描 图 墨 水 画 下 观 察 到 的 条 纹 是 一 个 好 的 经 验 应 该 画 出 主 要 轮 廓 而 不 必 画 出 条 纹 的 不 规 则 性, 这 样 就 会 明 白 必 须 修 磨 棱 镜 平 面 的 高 带 或 凸 波 面 在 已 经 修 磨 过 的 表 面 上 贴 一 张 胶 带 纸 以 免 重 复 加 工 检 验 平 面 时 通 常 将 该 表 面 对 准 直 管, 使 棱 镜 表 面 达 到 自 准 直 平 面 的 要 求, 当 然 修 磨 时 要 将 胶 带 纸 撕 去 2 面 形 修 磨, 局 部 修 饰 或 修 饰 如 前 所 述, 面 形 修 磨. 局 部 修 饰 或 修 饰 是 同 义 词 它 们 经 常 被 用 来 描 述 光 学 加 工 过 程 典 型 的 双 光 路 条 纹 如 图 A8.3 所 示 方 法 1 使 用 比 棱 镜 表 面 大 一 些 的 沥 青 抛 光 模 ( 见 第 三 章 ) 著 名 光 学 技 工 如 哈 罗 德 (Haroid) 与 亨 德 里 克 斯 使 用 的 开 槽 抛 光 模 带 有 很 细 的 压 型 槽 该 方 法 中 采 用 凹 或 凸 1 6 个 光 圈 的 面 形 压 板, 例 如, 压 板 的 一 个 面 凹 两 个 光 圈, 另 一 个 面 凸 两 个 光 圈, 其 它 压 板 也 一 样, 只 有 三 种 组 合 用 凸 压 板 将 抛 光 板 压 出 凹 的 形 面 ; 反 之 用 凹 压 板 压 出 凸 的 面 形 凸 抛 光 模 用 图 A8.3 透 射 OPD 条 纹 的 一 些 典 型 形 式 于 修 改 OPD 的 高 带 差 ; 凹 抛 光 模 用 于 修 改 OPD 的 低 带 差 例 如, 图 A8.3a 中 可 以 看 到 棱 镜 面 对 角 线 上 OPD 条 纹, 所 以 一 个 面 1.5 个 光 圈, 另 一 个 为 0.5 光 圈. 如 果 抛 光 面 的 高 低 为 已 知, 则 可 得 到 凸 面 形 的 总 光 圈 数 可 用 四 个 光 圈 的 压 板, 也 能 用 三 个 光 圈 的 压 板 压 抛 光 模 光 圈 数 与 许 多 因 素 如 抛 光 模 的 硬 度 及 操 作 者 施 加 的 压 力 有 关 最 佳 修 磨 秘 诀 是 用 凸 的 抛 光 模 抛 下 高 带, 而 凹 抛 光 模 是 抬 高 凹 的 表 面 使 其 向 凸 面 发 展, 因 为 在 任 何 情 况 下 总 是 除 掉 玻 璃 在 用 预 先 确 定 的 凸 区 ( 棱 镜 不 旋 转 ) 上 抛 光, 然 后 在 干 涉 仪 上 观 察 检 验 抛 了 一 段 时 间 后 再 用 光 学 平 晶 或 平 面 干 涉 仪 检 验 棱 镜 表 面, 观 察 表 面 的 光 圈 发 生 了 多 少 变 化 用 平 晶 检 验 后 知 道, 棱 镜 的 光 学 表 面 是 否 朝 正 确 的 方 向 发 展 在 棱 镜 上 可 以 观 察 到 被 抛 光 表 面 的 象 散 ( 一 个 象 散 面 与 另 一 个 象 散 面 相 重 迭 ) 注 意 : 修 磨 过 程 中 决 不 能 旋 转 棱 镜 为 使 OPD 变 化 一 个 光 圈, 面 形 要 变 化 四 个 光 圈 修 磨 表 面 达 到 接 近 六 个 光 圈 时 再 在 干 涉 仪 中 检 验 注 意 要 棱 镜 在 干 涉 仪 上 放 ( 通 常 与 棱 镜 的 玻 璃 性 质 有 关 ) 时, 会 出 现 塌 边 或 翘 边 的 趋 势 这 里 有 一 个 关 键 决 窍 需 要 掌 握, 即 用 凸 的 抛 光 模 将 凸 带 区 修 磨 成 凹 面 时, 要 将 整 个 面 积 均 匀 修 磨 到, 并 检 验 是 否 有 塌 边 修 磨 四 个 角 高 起 的 棱 镜 则 经 常 会 出 现 塌 边 这 可 用 中 指 头 抛 除 掉 这 些 高 点, 但 是 操 作 时 要 十 分 小 心, 决 不 要 修 过 头 经 过 局 部 修 磨 后 的 棱 镜 还 应 该 用 正 确 的 抛 光 模 抛 修 一 下, 但 注 意 棱 镜 表 面 上 不 要 涂 图 A8.4 局 部 抛 修 时 采 用 的 小 尺 寸 的 沥 青 抛 光 模 保 护 漆 对 于 更 小 的 局 部 误 差 最 好 用 更 小 的 整 体 式 抛 光 模, 抛 光 模 的 直 径 大 约 可 以 小 到 1cm( 见 图 A8.4) 第 229 页

261 附 录 附 录 8 棱 镜 的 光 学 修 磨 修 磨 凹 的 OPD 波 面 或 中 心 低 边 缘 高 的 波 面 时 仍 然 要 磨 掉 玻 璃 层, 这 时 应 慢 慢 地 将 棱 镜 的 喧 部 抛 低 直 到 中 心 部 位 与 边 部 的 高 度 接 近 一 致 为 止 为 此 应 该 用 小 的 沥 青 抛 光 模 并 用 凸 压 板 将 抛 光 模 压 成 凹 状, 使 整 个 抛 光 模 达 到 6 8 个 光 圈 的 面 形 修 磨 凹 的 OPD 波 面 或 低 带 的 方 法 与 上 面 已 讨 论 过 的 修 磨 高 带 的 方 法 相 同, 即 将 棱 镜 面 修 改 为 凸 的 面 形, 用 平 面 样 板 检 验 之 修 磨 棱 镜 的 凹 带 时 必 须 针 其 边 缘 磨 低, 因 而 修 磨 凹 带 比 高 更 为 困 难 方 法 2 采 用 通 常 所 用 的 软 沥 青 胶 (NO64 号 瑞 士 沥 青 ) 制 作 的 整 体 式 抛 光 模, 其 直 径 总 小 于 6in 用 刀 片 在 第 三 章 所 述 的 不 带 压 型 风 格 的 抛 光 模 的 某 个 区 域 上 刮 出 一 些 沟 槽, 以 使 棱 镜 的 表 面 达 到 要 求 的 面 形 用 大 约 1/3 直 径 的 玻 璃 研 碎 器 研 碎 抛 光 粉 并 使 抛 光 模 成 型, 由 压 板. 玻 璃 研 碎 器 以 及 抛 光 模 上 各 个 部 位 开 槽 的 综 合 作 用 来 控 制 抛 光 模 的 面 形. 因 为 沥 青 抛 光 模 的 直 径 很 小, 所 以 多 数 压 板 要 求 凹 或 凸 1 10 个 光 圈 一 组 压 板 为 5 块 每 块 直 径 为 6in, 两 面 均 粗 抛 光 成 凹 凸 面 形 后 将 小 型 抛 光 模 放 在 压 板 上 使 之 达 到 要 求 的 面 形 抛 光 模 要 保 持 干 燥, 用 少 许 干 燥 抛 光 粉 轻 轻 擦 过 表 面, 压 的 时 间 不 能 太 长, 否 则 会 使 沥 青 抛 光 模 经 常 粘 附 在 压 板 上 但 是 一 旦 粘 住 可 以 用 牛 皮 鎯 头 重 敲 四 周 将 其 取 下 但 要 注 意 切 勿 敲 碎 压 板 此 外 还 可 以 用 Saran=Wrap 法, 即 在 压 板 与 抛 光 粉 之 间 涂 上 一 层 抛 光 粉 的 方 法 用 沥 青 抛 光 模 修 磨 棱 镜 与 一 般 光 学 加 工 方 法 是 一 样 的 差 别 仅 仅 是 抛 光 模 直 径 很 小, 压 好 的 面 形 变 化 很 块, 比 网 格 压 型 模 还 要 频 繁 地 使 用 压 板 成 型 小 抛 光 模 的 主 要 优 点 是 成 型 速 度 快, 正 如 前 述, 小 抛 光 模 必 须 与 抛 光 模 联 用 3 结 论 本 文 详 细 叙 述 了 高 质 量 棱 镜 (OPD 条 纹 达 到 0.25 小 长 ) 的 修 磨 过 程, 同 时 也 讨 论 了 图 A8.2 中 其 它 OPD 条 纹 图 形 的 修 磨 方 法 重 要 之 点 在 于 棱 镜 两 个 面 的 条 纹 图 形 必 须 通 过 调 整 才 能 决 定 OPD 是 否 存 在 注 意 调 整 干 涉 仪 时 不 要 使 OPD 条 纹 消 失 而 应 棱 镜 表 面 上 保 持 大 约 有 1 光 圈 /0.5in 图 A8.3b 中 的 不 规 则 椭 圆 光 圈 ( 压 缩 在 棱 镜 面 积 内 ) 公 含 有 少 量 的 象 散 决 定 光 圈 高 低 的 方 法 是 轻 轻 地 触 动 最 近 棱 镜 的 平 面 反 射 镜 使 之 光 程 增 加, 如 果 光 圈 向 外 扩 大, 则 OPD 条 纹 是 高 的 ; 反 之 光 圈 向 中 心 收 缩 则 为 低 的 如 果 玻 璃 材 料 的 均 匀 性, 是 理 想 的, 则 OPD 光 圈 不 存 在 有 个 不 幸 的 操 作 者 一 次 将 一 组 2in 的 分 光 棱 镜 加 工 了 三 周, 由 于 开 始 加 工 时 没 有 检 验 切 割 后 的 玻 璃 块, 待 棱 镜 加 工 完 毕 后 将 其 放 在 坪 仪 中 检 验 时 出 现 带 有 很 细 的 波 浪 形 光 圈 及 十 字 形 条 纹, 因 此 就 不 可 能 再 经 过 修 磨 来 达 到 OPD 光 圈 的 要 求 如 果 大 块 玻 璃 例 如 边 长 达 12in 的 玻 璃 末 达 到 均 匀 性 检 验 的 要 求 则 并 不 能 说 整 块 玻 璃 都 是 不 均 匀 的 由 于 玻 璃 人 格 昂 贵 应 该 将 玻 璃 中 均 匀 性 好 的 部 分 加 以 利 用 OPD 条 纹 的 获 得 与 操 作 者 是 密 切 相 关 的 参 考 文 献 -- 附 录 8 De Vany.A.S. Redupiication of a Penta Angie Using Master Angie Prisms and a lnterferometer, Appl.Opt.10,1375(1971) De Vany,A.S. Opticai Figuring of Prisms, Appl.Opt..16, (1977) Jofnson,B.K. OpticsandOpticalInstruments, Dover,New York,1960.pp Twyman,F, PrismandI,ensMaking, Hilger&Watts,Ltd.. London, (1952 ) Plano- 第 230 页

262 操 作 者 在 光 学 加 工 过 程 中 经 常 碰 到 将 组 件 的, 两 个 以 上 表 面 与 另 一 个 光 学 夹 具 的 表 面 光 胶 有 关 该 项 技 术 的 专 着 极 少, 但 是 能 记 住 一 些 基 本 的 要 点 还 是 很 容 易 学 会 的 这 些 要 点 是 : 两 个 要 光 胶 的 表 面 必 须 优 于 1/4 光 圈 ; 必 须 保 持 玻 璃 高 度 的 清 洁 ; 必 须 按 照 一 定 的 步 骤 进 行 最 好 有 一 间 清 洁 的 工 作 室, 也 可 以 制 作 或 选 用 一 只 有 机 塑 料 柜 或 玻 璃 柜, 柜 上 钻 有 一 个 孔 以 供 空 气 缓 慢 流 出 ( 见 图 A9.1) 不 寒 而 栗 应 配 上 两 只 以 上 未 镀 膜 的 管 状 荧 光 灯 及 一 张 描 图 纸 以 获 得 散 射 光 线 基 础 光 学 工 艺 附 录 附 录 9 光 胶 法 附 录 9 光 胶 法 1. 所 需 仪 器 1) 一 只 大 于 1m 见 方 的 塑 料 箱, 箱 子 前 面 装 有 活 页 门 和 一 只 小 的 电 风 扇, 将 空 气 通 过 滤 波 器 吸 入 箱 内 2) 一 只 手 提 式 廉 价 单 色 光 源, 这 可 以 从 爱 德 芒 德 科 学 公 司 买 到 图 A9.1 光 胶 时 使 用 的 层 流 式 检 验 箱 3) 一 台 聚 焦 光 源 可 以 美 国 光 学 公 司 (American Opticailo.) 的 显 微 镜 照 明 器 4) 一 只 双 筒 放 大 镜 (Watchmatkcr 2*) 5) 重 复 蒸 馏 过 的 丙 酮 分 别 贮 存 于 两 只 棕 色 瓶 子 中 6) 六 块 毛 巾 或 三 块 经 洗 涤 剂 清 洗 或 蒸 馏 水 冲 洗 过 的 鹿 皮 7) 一 把 静 电 式 万 能 驼 毛 刷 ( 核 工 业 产 品,Costa Mesa CA) 用 丙 酮 清 洗 刷 子 8) 几 根 桔 色 木 棒 或 塑 料 棒, 棒 的 一 端 作 成 尖 臂 状 9) 半 打 小 型 手 指 套 和 一 些 棉 花 球 2 准 备 工 作 和 光 胶 1) 检 验 所 有 的 倒 角 面, 用 挖 字 刀 和 日 用 胡 须 刀 片 清 除 抛 光 粉 和 沥 青 胶 2) 用 沾 有 二 甲 苯 的 棉 花 球 擦 洗 所 有 倒 角 面 两 次 在 温 热 的 洗 涤 剂 中 洗 净, 并 用 热 的 自 来 水 冲 洗, 然 后 用 人 柔 软 清 洁 的 干 毛 巾 和 清 洁 的 透 镜 纸 团 擦 干 所 有 光 学 零 件 馏 3) 用 套 有 指 套 的 大 姆 指 或 中 指 拿 住 棱 镜, 取 出 放 大 镜 4) 用 沾 有 蒸 馏 过 的 丙 酮 的 棉 花 团 擦 拭 零 件 表 面 丙 酮 应 从 储 瓶 倒 入 小 烧 杯 中 使 用, 以 避 免 贮 藏 着 的 丙 酮 受 到 污 染 5) 将 零 件 在 显 微 镜 照 明 器 的 照 明 下, 用 干 净 的 毛 巾 或 鹿 皮 揩 去 零 件 上 所 有 的 纤 维 丝 在 表 面 上 用 哈 气 检 验 时 要 达 到 干 净 的 程 度, 呈 灰 色 表 面 则 表 明 已 清 洁 6) 用 静 电 式 万 能 毛 刷 清 除 带 电 荷 玻 璃 零 件 吸 附 的 纤 维 丝 抗 静 电 溶 液 可 用 来 防 止 零 件 带 电, 但 应 加 以 检 验 因 为 有 些 溶 液 会 影 响 增 透 膜 的 牢 固 度 Sema Products, Chicago.Ill. 溶 液 是 一 种 质 量 好 的 溶 液 7) 将 用 于 光 胶 零 件 的 平 行 平 板 或 光 胶 板 揩 干 净 8) 将 揩 干 净 的 零 件 在 单 色 光 源 下 再 检 验 一 次, 然 后 轻 轻 地 放 上 光 胶 板, 如 果 观 察 不 到 条 纹 或 条 纹 过 多, 说 明 光 学 表 面 上 有 纤 维 丝 或 尘 埃 应 用 静 电 刷 再 刷 一 上 将 带 电 零 件 与 装 在 检 验 箱 中 的 接 地 铝 箱 联 接 是 有 利 的 第 231 页

263 附 录 附 录 9 光 胶 法 9) 如 果 光 胶 不 成 功, 则 应 拆 开 零 件 重 新 光 胶 10) 按 要 求 分 布 的 方 式 ( 参 见 图 A9.2) 将 零 件 放 在 光 胶 板 上, 轻 轻 地 压 每 个 零 件 就 可 光 胶 上 11) 如 果 光 胶 是 理 想 的, 所 有 扩 展 后 的 条 纹 应 呈 灰 色 12) 零 件 按 所 要 求 的 分 布 方 式 光 胶 好 后, 喷 上 丙 酮, 并 在 所 有 零 件 的 边 角 上 都 涂 上 红 色 指 甲 油 图 9.2 是 光 学 制 造 中 所 采 用 的 一 些 最 好 的 分 布 方 式 光 胶 很 费 时 间, 初 学 者 会 感 到 十 分 乏 味 只 有 极 少 数 的 光 学 技 工 能 很 快 地 掌 握 这 项 技 术 使 用 清 洁 设 备 江 细 心 的 光 学 技 工 比 粗 心 者 能 更 快 地 掌 握 这 项 技 术 图 A9.2 零 件 光 胶 上 盘 过 程 中 所 采 用 的 一 些 分 布 方 式 3. 拆 光 胶 1) 用 丙 酮 除 去 零 件 上 的 指 甲 油, 在 温 热 的 洗 涤 剂 溶 液 中 洗 净 并 彻 底 擦 干 2) 用 一 根 一 端 削 尖 的 桔 树 棒 撬 每 个 零 件 的 倒 角 面, 注 意 会 出 现 扩 展 条 纹, 继 续 撬 动 直 到 零 件 分 离 为 止 胶 得 较 紧 的 零 件 可 用 车 间 刮 刀 ( 应 用 一 条 带 子 绕 住 刮 刀 的 金 属 顶 部 以 防 划 伤 光 胶 面 ), 将 刮 刀 尖 的 一 端 放 在 倒 角 面 下 往 上 撬 胶 得 很 紧 的 零 件 还 可 以 在 小 型 本 生 灯 上 加 热, 当 零 件 分 开 时 可 能 听 到 啪 的 一 声 响 3) 经 常 要 将 晶 体 窗 薄 片 胶 到 玻 璃 平 板 上 这 时 应 该 加 热 平 行 平 板 而 不 是 加 热 晶 体, 使 一 些 晶 体 零 件 十 分 牢 固 地 胶 结 在 平 行 板 上 平 板 上 也 可 以 胶 上 平 面 零 件 当 抛 光 晶 体 零 件 时, 应 使 晶 体 的 条 纹 数 与 平 面 零 件 的 条 纹 数 一 致 参 考 文 献 -- 附 录 9Obreimov,I.V.and Trekhov,E.S. Optical Contacting if Polished Surfaces, Sovier Physics JEPT,5, (1957) Paul,H.E. Amateur Telescope Making Book 3,Seientific,Aerican,New York, (1953). 第 232 页

264 附 录 附 录 10 度 量 单 位 及 换 算 表 附 录 10 度 量 单 位 及 换 算 表 长 度 英 制 与 米 制 毫 米 (mm) 微 米 (um) 埃 (Å) 1in(1.00) 25.4( 精 确 值 ) 25, ,000,000 千 分 之 一 in(0.001 ) ,000 百 万 之 一 in( ) 长 度 米 制 与 英 制 in 千 分 之 一 in 百 万 之 一 in 1 毫 米 (mm) * ,370 微 米 (um) 埃 (Å) * 更 精 确 地 换 算 1mm= in 此 表 按 照 下 列 准 确 关 系 计 算 而 得 :1yd=0.914m 1in=25.4mm 用 英 寸 千 兆 表 示 波 长 的 单 位 波 长 单 位 相 应 in 数 相 应 KM C 数 1m 39.37" 0.3 1dm 3.973" 3 1cm " 30 1mm " 300 1μm " nm " Å " 长 度 单 位 前 缀 符 号 意 义 缩 写 Micro μ 百 万 分 之 一 10-6 Milli m 千 分 之 一 10-3 Centi c 百 分 之 一 10-2 Deci d 十 分 之 一 10-1 Deka dk 十 10 Hecto h 百 10 2 Kilo koek 一 千 10 3 Mega m 一 佰 万 10 6 Mega Mega mm 一 万 亿 角 度 换 算 为 长 度 单 位 角 度 每 英 寸 每 10 英 寸 每 英 尺 * * 更 精 确 计 算 时 为 第 233 页

265 附 录 附 录 10 度 量 单 位 及 换 算 表 长 度 换 算 为 角 度 单 位 长 度 每 英 寸 每 10 英 寸 每 英 尺 ** ** 更 精 确 计 算 时 为 = mm/s; 1mm/m=3 26 ; 1Mill( 标 准 )=0.001rad= ; 1Mill( 军 用 )=360 0 /6400= 干 涉 计 量 时 的 单 色 光 波 长 颜 色 真 空 中 λ (mm) 空 气 中 λ (mm)* 空 气 中 λ/2 (in.) 每 in. 的 条 纹 数 (λ 空 气 )* Kr86 桔 红 , Cd 红 , Hg 黄 , Hg 黄 , Hg 绿 , Hg 紫 , * 空 气 中 波 长 在 下 列 条 件 下 :20 0 C;760mmHg; 水 蒸 汽 压 力 10mmHg; 二 氧 化 碳 占 ( 容 量 )0.03% 参 考 文 献 : Davidson Incorp, Optronics, West Covina, CA. 第 234 页

266 附 录 附 录 11 用 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 制 造 分 光 附 录 11 用 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 制 造 分 光 板 制 作 干 涉 仪 的 分 光 板 是 一 项 专 门 的 光 学 加 工 技 术, 只 有 对 各 种 尺 寸 各 类 形 状 的 光 学 零 件 的 光 学 修 磨 经 历 过 数 年 的 尝 试 和 失 误 才 能 具 有 这 项 工 作 的 经 验 和 技 巧 大 多 数 分 光 板 是 作 为 干 涉 仪 的 整 体 来 修 磨 的, 即 使 使 用 这 种 方 法 也 有 一 些 困 难 困 难 之 一 是 由 于 需 要 用 大 的 入 射 角 和 厚 度 使 之 在 大 口 径 干 涉 仪 中 产 生 透 射 缩 小 效 应 虽 然 Saundetrs 和 Post 系 列 干 涉 仪 可 以 克 服 这 些 困 难, 而 且 性 能 稳 定 结 构 紧 凑, 然 而 对 普 通 光 学 车 间 来 说 这 种 光 学 元 件 生 产 量 极 大, 用 8in 的 干 涉 仪 使 化 费 太 大 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 是 一 种 廉 价 的 制 造 分 光 板 的 测 量 工 具 两 个 球 面 反 射 镜 的 曲 率 半 径 为 762in, 孔 径 为 12in, 适 用 于 检 验 0.5~2.5in 厚 的 玻 璃 平 板 可 参 阅 刊 载 在 Appl.Opt. 1963,2, P1337~1340 M.V.R.K. 默 泰 (Murty) 所 写 的 文 章 该 装 置 及 使 用 方 法 在 第 五 章 中 已 经 叙 述 图 A11.1 中 的 条 纹 是 经 光 学 修 磨 后 平 直 等 距 的 条 纹 例 如, 观 察 到 的 条 纹 数 为 半 个 光 圈, 这 样 的 面 形 误 差 虽 已 在 光 学 窗 口 玻 璃 的 容 许 误 差 内, 但 对 分 光 板 而 言 则 是 不 允 许 的 将 其 某 一 面 再 进 行 光 学 修 磨 就 可 以 将 光 学 窗 口 制 成 公 光 板 修 磨 任 何 光 学 零 件 之 前, 总 要 先 检 验 两 个 面 的 质 量 当 然 可 以 用 平 面 干 涉 仪 或 用 直 径 足 够 大 的 光 学 平 晶 来 进 行 检 验 分 光 板 的 两 个 面 都 有 应 优 于 1/10 光 圈 而 且 没 有 象 散, 因 为 零 件 的 一 面 总 是 凸 面 而 另 一 面 为 凹 面 ( 即 使 质 量 好 的 零 件 也 是 如 此 ) 在 凸 面 上 应 贴 一 张 胶 带 纸, 以 防 止 在 光 学 加 工 中 搞 错 一 般 来 说 是 修 改 凸 面 检 验 的 环 境 也 十 分 重 要, 必 图 A11.1 威 廉 姆 斯 干 涉 仪 的 透 射 与 反 射 条 纹 图 样 须 没 有 空 气 流 动 和 漂 移 所 有 的 玻 璃 夹 具 都 必 须 固 定 在 防 振 台 上 以 形 成 蜂 房 式 的 稳 定 结 构 检 验 时 必 须 将 分 光 板 放 回 到 原 来 已 检 验 过 的 位 置 上, 以 提 高 测 量 的 重 复 性 操 作 者 要 知 道 表 面 的 高 低, 只 要 用 一 根 棒 向 减 小 光 程 的 方 向 上 压 一 下 反 射 镜 ( 因 而 增 加 了 光 程 差 ), 光 圈 扩 展 则 表 面 为 高 ; 反 之, 如 果 光 圈 缩 小 则 表 面 为 低 显 然, 如 果 分 光 板 中 心 区 域 较 低, 应 再 加 以 修 磨 使 之 凸 出 1~2 个 波 长 (2~4 个 光 圈 ) 以 后 会 认 识 到 只 有 高 出 的 区 域 才 能 用 小 型 抛 光 模 作 局 部 修 磨 操 作 者 必 须 有 在 光 学 修 磨 期 间 需 等 待 的 习 惯, 所 以 说 一 个 好 的 操 作 者 应 知 道 什 么 时 候 加 工 该 停 止, 使 最 后 能 观 察 到 的 剩 余 误 差 呈 微 小 的 凸 点, 一 般 可 磨 前 需 将 它 搁 置 几 个 小 时 或 一 夜 如 果 修 磨 过 头 了, 应 将 表 面 重 新 磨 到 原 来 的 状 态 参 考 文 献 -- 附 录 11 Saunders,J.B. In-Line Interferometer J.Opt.Soc.Am.,44,241(1935) Post,D. Characteristics of the Series Interferometer, J.Opt.Soc.Am.,44,243(1935) 第 235 页

267 附 录 附 录 12 用 轴 承 钢 球 作 激 光 扩 束 光 源 附 录 12 用 轴 承 钢 球 作 激 光 扩 束 光 源 贝 尔 (Bell) 泰 曼 亨 德 里 克 斯 和 克 里 斯 蒂 曾 经 讨 论 过 用 镀 银 玻 璃 球 和 水 银 球 作 为 发 散 的 点 光 源 贝 尔 提 出 把 一 只 镀 银 球 装 在 一 块 大 的 黑 纸 板 上, 在 太 阳 光 下 检 验 望 远 镜 物 镜 泰 曼 选 择 小 水 银 球 作 为 显 微 物 镜 干 涉 检 验 中 的 反 射 元 件 斯 特 朗 介 绍 了 许 多 用 镀 银 小 球 作 成 自 准 光 源 的 例 子 亨 德 里 克 斯 和 克 里 斯 蒂 讲 到 制 作 施 密 特 照 相 机 校 正 板 时 用 球 光 源 ( 当 然 必 须 用 太 阳 能 光 或 其 它 人 造 光 源 照 射 球 光 源 ) 用 高 斯 大 林 公 式 进 行 光 线 追 踪 表 明 : 以 小 口 径 的 球 作 为 激 光 照 明 的 点 光 源 时 对 光 学 系 统 的 球 差 影 响 小 于 1/M 波 长 实 际 上 从 小 球 中 心 发 射 击 发 散 光 线 亨 德 里 克 斯 和 克 里 斯 补 充 说 明 了 照 明 时 光 束 必 须 对 准 中 心 并 投 射 在 镀 银 小 球 的 表 面 上 当 然, 用 激 光 照 明 时 这 一 条 件 是 不 必 要 的, 因 为 光 斑 反 射 照 明 能 很 好 地 扩 散 图 A12.1 和 A12.2 示 出 了 轴 承 钢 球 的 照 明 方 式 用 一 只 罩 子 遮 住 杂 散 光 线 使 其 不 能 射 入 观 察 者 的 眼 睛 如 果 用 透 明 的 塑 料 带 贴 在 主 镜 的 细 磨 面 上, 则 激 光 束 可 以 穿 过 镜 面 先 用 沥 青 抛 光 模 抛 光 轴 承 钢 球 可 以 除 去 一 些 不 规 则 的 误 差 用 0.5mw 的 低 功 率 激 光 器 时, 会 得 到 明 亮 的 小 光 斑 扩 散 光 束, 而 用 激 光 照 明 时, 应 用 0.5~2mm 几 种 不 同 直 径 的 轴 承 钢 球 对 类 似 于 20* 或 40* 放 大 倍 率 的 显 微 物 镜 钢 球 越 小, 光 束 发 散 越 大 光 学 照 明 装 置 中 常 用 的 是 直 径 为 2mm 的 球 图 A12.1 在 f/8 准 直 镜 的 焦 点 上 放 置 的 轴 承 钢 珠 将 激 光 扩 束 后 照 明, 用 于 检 验 另 一 块 正 图 A12.2 激 光 束 穿 过 抛 物 面 自 准 镜 的 背 面, 在 修 磨 的 抛 物 面 镜, 检 验 抛 物 面 时 形 成 罗 契 图 光 学 修 磨 凸 元 件 达 到 零 位 条 纹 图 A12.3 中 用 三 向 可 调 夹 具 将 小 光 源 安 装 在 f/1.5 反 射 镜 的 焦 点 上, 该 凹 面 镜 直 径 为 40cm, 其 细 磨 表 面 应 涂 上 腊 激 光 融 洽 偏 离 主 轴, 但 可 以 从 主 镜 的 背 面 入 射 或 者 在 镜 面 中 心 附 近 用 一 块 直 径 为 3mm 的 反 射 镜, 两 种 方 法 的 结 果 是 一 样 的 用 弹 性 瓦 片 磨 具 和 95 号 铝 砂 手 工 细 磨 凹 抛 物 面 镜 涂 蜡 表 面 将 激 光 束 半 反 射 到 口 径 为 54cm,f/8.0 的 准 直 仪 上 当 然 先 完 全 抛 光 镜 面, 然 后 加 工 到 最 接 近 球 面 因 为 周 边 为 参 考 带 区, 所 以 细 磨 时 中 心 带 区 不 修 磨 若 激 光 束 聚 焦 于 小 反 射 镜 上, 罗 契 光 栅 放 在 焦 内 或 焦 外, 则 在 毛 玻 璃 上 可 以 观 察 到 罗 契 图 随 着 半 弹 性 沥 青 抛 光 模 在 镜 面 上 缓 缓 地 手 工 旋 转 抛 光, 凹 面 镜 在 毛 玻 璃 屏 上 的 罗 契 图 逐 渐 变 亮 根 据 附 录 14 或 图 12.6 所 示 的 罗 契 图 的 判 读 结 果, 继 续 进 行 光 学 修 磨 图 17.2 表 示 了 加 工 带 非 球 面 的 平 凸 透 镜 以 及 修 磨 带 的 玫 瑰 叶 瓣 抛 光 模 透 镜 放 在 准 直 仪 的 平 行 光 束 中, 激 光 束 射 入 抛 物 面 的 粗 抛 光 背 面 上, 抛 去 抛 物 面 上 2mm 区 域 的 镀 铝 膜 层 并 将 激 光 束 射 向 镜 面 附 近 的 4mm 的 镀 铝 反 射 镜 如 前 所 述, 如 果 镜 的 背 面 未 抛 光, 可 以 贴 一 张 透 第 236 页

268 附 录 附 录 12 用 轴 承 钢 球 作 激 光 扩 束 光 源 胆 塑 料 胶 带 使 之 透 光 图 A12.3 说 明 了 使 用 一 种 小 型 镀 铝 反 射 镜 的 方 法 这 种 方 法 是 将 激 光 束 对 准 复 合 望 远 镜 的 焦 点, 并 观 察 自 准 直 罗 契 图 另 一 种 可 行 的 方 法 是 用 平 行 平 板 ( 用 虚 线 表 示 ) 扫 描 望 远 镜 口 径 并 用 罗 契 图 观 察 横 向 前 切 干 涉 图, 所 以 可 以 实 现 定 性 和 定 量 激 光 束 直 接 射 入 1/4in 目 镜 并 用 平 行 平 板 扫 描, 在 毛 玻 璃 屏 上 便 可 得 到 横 向 剪 切 干 涉 图, 从 而 可 以 检 验 牛 顿 望 远 镜 的 光 学 修 磨 情 况 图 A12.3 用 激 光 照 射 下 的 球 扩 散 光 源 来 检 验 带 有 扫 描 平 行 平 板 的 卡 塞 格 林 系 统, 罗 契 图 和 横 向 剪 切 干 涉 图 都 可 观 察 到 图 A12.4 用 一 束 通 过 0.25oin 目 镜 的 激 光 束 和 扫 描 平 行 平 板 来 检 验 牛 顿 望 远 镜 图 A12.6 表 示 校 正 程 度 的 罗 契 图 案 ( 参 见 正 文 ) 图 A12.5 用 可 调 谐 激 光 器 及 扫 描 平 行 平 板 检 验 物 镜 的 球 色 差 参 考 文 献 -- 附 录 12 BeII,C.The Telescope,McGraw-Hill,New York,1923,p.203 De Vany,A.S. Laser Illunrnated Divergent Ball Bearing Sources, Appl.Opt.13, (1974) Hendrix,D.O.and Christe,W.H, Anateur Telescopee Making, Book 3,Scientific American,New York, (1953) Strong,J.Procedures in Experimental Physics,Prentice-Hall,Englewood Cliffs,NG,1943,p.70 Twyman,F.Trans.Opt.Soc.24,188( ) 第 237 页

269 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 下 面 一 些 表 格 是 建 立 在 表 达 式 Sint=D/2r 的 基 础 上 的, 其 中 D 等 于 磨 轮 的 切 削 边 直 径 铣 削 凹 面 时, 切 削 边 为 外 边 缘 ; 铣 削 凸 面 时 为 内 边 缘 R 是 要 求 的 曲 率 半 径, 例 如 : 铣 削 一 个 曲 率 半 径 为 535in 的 凹 球 面 ; 磨 轮 直 径 为 4in; 则 :Sint=4/2*53.5=4/107=0.0373, 从 自 然 正 弦 表 中 可 查 出 t=2 8 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 凹 面 凸 面 凹 面 凸 面 D=1.0in( 外 边 ) ID=0.750( 内 边 ) D=1.0in( 外 边 ) ID=0.750( 内 边 ) 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 角 度 角 度 角 度 半 径 半 径 半 径 半 径 角 度 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 磨 轮 外 径 2in 磨 轮 内 径 1.75in 磨 轮 外 径 2in 磨 轮 内 径 1.75in 凹 面 用 外 径 凸 面 用 内 径 凹 面 用 外 径 凸 面 用 内 径 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 角 度 角 度 角 度 半 径 半 径 半 径 半 径 角 度 第 238 页

270 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 光 学 修 磨 机 的 角 度 调 整 磨 轮 外 径 2.00in 磨 轮 内 径 1.5in 磨 轮 外 径 2.00in 磨 轮 内 径 1.5in 凹 面 凸 面 凹 面 凸 面 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 角 度 角 度 角 度 半 径 半 径 半 径 半 径 角 度 曲 率 半 径 为 1.00 英 寸 到 100 英 寸. 光 学 铣 磨 机 的 角 度 调 整 表 1 磨 轮 外 径 2in 磨 轮 外 径 1.5in 磨 轮 外 径 2in 磨 轮 外 径 1.5in 凹 面 凸 面 凹 面 凸 面 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 要 求 曲 率 角 度 角 度 角 度 半 径 半 径 半 径 半 径 角 度 第 239 页

271 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 第 240 页

272 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 球 面 铣 磨 机 的 角 度 调 整 磨 轮 外 径 2in 磨 轮 内 径 1.75in 磨 轮 外 径 2in 磨 轮 内 径 1.75in 凹 面 用 磨 轮 外 径 凸 面 用 磨 轮 内 径 凹 面 用 磨 轮 外 径 凸 面 用 磨 轮 内 径 要 求 半 径 要 求 半 径 要 求 半 径 要 求 半 径 角 度 角 度 角 度 曲 率 曲 率 曲 率 曲 率 角 度 第 241 页

273 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 第 242 页

274 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 光 学 铣 磨 机 的 角 度 调 整 磨 轮 外 径 4in 磨 轮 内 径 3.75in 磨 轮 外 径 4in 磨 轮 内 径 3.75in 凹 面 凸 面 凹 面 凸 面 要 求 半 径 要 求 半 径 要 求 半 径 要 求 半 径 角 度 角 度 角 度 曲 率 曲 率 曲 率 曲 率 角 度 第 243 页

275 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 第 244 页

276 附 录 附 录 13 球 面 半 径 铣 削 成 型 时 磨 轮 的 角 度 调 整 参 考 文 献 -- 附 录 13: Northrop Corporation Memo(1963).M.Brown. 第 245 页

277 附 录 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 光 学 修 磨 中 经 常 使 用 刮 削 成 一 定 轮 廓 形 状 的 沥 青 抛 光 模 用 以 前 方 法 制 作 的 抛 光 模 抛 修 光 学 零 件 表 面 要 花 费 不 少 时 间 与 精 力, 本 附 录 中 我 们 将 介 绍 一 种 根 据 被 加 工 表 面 实 测 的 面 形 而 制 作 修 正 用 的 抛 光 模 第 十 四 单 讨 论 了 典 型 的 折 射 与 反 射 元 件 在 自 准 直 装 置 中 的 罗 契 图 和 焦 点 图 的 相 互 关 系 由 图 A14.1 和 A14.2 的 焦 点 图 和 罗 契 图 观 察 到 凹 进 和 凸 出 部 分 的 斜 面 图 案 ( 方 框 中 ) 这 些 方 框 截 面 中 还 包 括 了 沥 青 抛 光 模 轮 廓 形 状 的 信 息 通 过 光 学 修 磨 将 图 A14.1 和 A14.2 所 示 图 形 均 修 磨 为 零 位 图 形 ( 即 修 整 后 的 无 球 差 系 统 ) 时 抛 光 模 应 具 有 一 定 的 轮 廓 形 状 例 如 用 光 学 平 板 将 凹 球 面 镜 修 磨 成 抛 物 面 镜 时 就 形 成 一 个 扁 球 状 的 焦 点 图 和 罗 契 图 ( 修 正 不 足 )( 参 见 图 A14.1 和 A14.2) 对 于 反 射 元 件, 应 将 图 A14.2 旋 转 180 0, 在 第 一 象 限 中 找 到 焦 内 罗 契 图 的 枕 形 图 案 同 样 将 图 A14.1 也 倒 转 180 0, 可 以 找 到 取 决 于 被 修 磨 凹 面 镜 焦 比 的 图 案 1,1 或 1,2 两 个 方 框 区 域 中 都 画 出 了 中 心 和 边 缘 高 的 斜 面 图 案 所 采 用 的 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 是 四 周 围 许 多 三 角 形 围 住 中 央 一 个 大 的 大 角 星 由 于 抛 光 模 在 玻 璃 零 件 上 要 适 图 A14.1 自 准 直 装 置 中 典 型 反 射 折 射 元 件 的 当 移 动, 小 的 三 角 形 应 稍 许 靠 近 内 侧 边 焦 点 图 ( 斜 面 图 案 ( 方 框 内 ) 表 示 高 低 区 域 ) 另 一 种 类 型 的 抛 光 模 其 直 径 为 直 径 的 三 分 之 一, 在 0.7 带 的 最 高 区 域 和 中 心 区 域 进 行 抛 修 修 整 接 近 完 工 或 将 产 生 塌 边 时, 必 须 小 心 使 用 具 有 三 角 形 的 星 形 沥 青 抛 光 模 中 心 区 域 完 全 修 整 好 后, 用 1/3 工 件 直 径 的 抛 光 模 经 常 会 引 起 翘 边, 此 时 可 加 长 动 程 多 修 磨 边 缘 来 加 以 弥 补 但 对 于 小 直 径 的 反 射 镜 (12 英 寸 ) 可 以 使 用 比 镜 面 略 微 大 些 的 整 体 式 抛 光 模 在 旋 转 的 元 件 上 作 定 摆 抛 光 整 体 式 抛 光 模 可 以 消 除 由 小 抛 光 模 引 起 的 象 散 面, 因 而 是 很 有 用 处 的 对 于 较 大 直 径 的 镜 面, 用 带 摆 针 的 静 止 臂 固 定 小 直 径 的 抛 光 模 并 用 手 工 旋 转 抛 光 模 右 图 A14.2 自 准 直 装 置 中 典 型 反 射 和 折 射 元 件 的 罗 契 图 ( 斜 面 图 案 ( 方 框 内 ) 表 示 高 低 区 域 ) 图 A14.1 和 A14.2 中 顶 部 具 有 平 行 线 的 方 框 从 上 往 下 找 到 抛 光 模 轮 廓 形 状, 使 抛 掉 的 玻 璃 量 为 最 小 它 是 一 种 在 带 多 磨 的 玖 瑰 瓣 形 沥 青 抛 第 246 页

278 附 录 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 光 模 ( 见 图 14.3) 折 射 元 件 的 另 一 例 子 是 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 中 的 校 正 板, 在 光 学 自 准 直 检 验 中 其 图 案 呈 扁 球 面, 为 第 三 象 限 中 的 枕 形 图 案 (-1,-1 或 -1,-2, 由 系 统 的 偏 心 率 而 定 ) 此 外, 从 图 案 下 面 方 框 内 的 平 行 线 部 分 可 得 到 玖 瑰 瓣 轮 廓 的 抛 光 模 形 状 A 科 内 乔 在 光 学 车 间 检 验 第 九 章 中 叙 述 了 与 图 A14.2 相 似 的 罗 契 图, 但 这 些 图 对 初 学 者 是 难 以 理 解 的 右 图 14.3 将 待 修 磨 透 镜 修 整 为 零 位 图 形 的 玖 瑰 瓣 形 和 星 形 的 沥 青 抛 光 模 抛 光 模 的 空 白 区 域 充 以 沥 青 胶 就 形 成 相 反 的 轮 廓 形 状 施 密 特 - 卡 塞 格 林 及 其 他 反 射 系 统 ( 不 管 是 否 带 有 折 射 元 件 ) 的 光 学 修 磨 工 作 都 要 涉 及 到 光 学 检 验 中 的 一 些 问 题 施 密 特 - 卡 塞 格 林 系 统 的 主 镜 与 副 镜 的 曲 率 半 径 相 同 但 分 离 一 定 距 离, 使 之 达 到 1.72 倍 放 大 率 这 个 系 统 在 第 二 十 二 章 中 作 了 介 绍 两 块 反 射 镜 与 一 块 平 面 构 成 自 准 直 装 置 ( 参 见 图 14.4) 如 果 插 入 狭 缝 光 源 与 刀 口 仪, 则 两 种 光 学 检 验 就 能 交 替 使 用 当 罗 契 光 栅 放 在 扩 散 的 狭 缝 光 源 上 时, 既 可 作 刀 口 检 验 也 可 观 察 罗 契 图 图 A14.4 中 图 示 为 待 修 磨 的 扁 球 图 案 试 问 : 如 果 凸 副 镜 装 在 校 正 板 上 或 其 附 近, 则 在 图 A14.5 中 观 察 到 什 么 样 的 检 验 图 形 呢? 回 答 : 仍 然 是 一 个 待 校 正 的 扁 球 图 形 这 并 不 矛 盾, 只 要 校 正 板 的 一 个 面 为 多 于 四 个 波 长 的 非 球 面 时, 就 观 察 到 折 射 图 形, 而 平 面 校 正 板 的 两 个 平 面 有 1-2 个 光 圈 时 并 不 会 引 起 什 么 变 化 图 A14.4 两 块 反 射 镜 的 自 准 直 装 置 ( 一 块 为 主 镜, 另 一 块 为 副 镜 ), 是 具 有 扁 球 检 验 图 样 图 A14.5 两 块 反 射 镜 组 成 同 样 的 自 准 直 装 的 球 面 置, 副 镜 与 近 似 为 平 面 的 折 射 平 行 平 板 相 连 接, 将 观 察 到 相 同 的 扁 球 图 样 ( 见 正 文 ) 光 学 修 磨 开 始 阶 段 会 出 现 令 人 迷 惑 的 情 况, 在 校 正 板 上 可 观 察 到 呈 台 阶 形 的 带 差 图 形, 图 A14.6 是 其 中 之 一 例 经 玖 瑰 瓣 形 抛 光 模 修 磨 后 中 心 区 能 完 全 修 整 好, 但 因 抛 光 模 未 修 到 边 缘 区, 因 而 边 部 严 重 塌 边 我 们 这 儿 观 察 到 的 是 T 约 翰 逊 编 著 的 光 学 车 间 手 册 P92-95( 美 国 光 学 学 会 Washington, D.C.,1976) 中 所 述 的 台 阶 带 差 即 使 中 心 或 边 缘 出 现 轻 微 的 过 修 整, 抛 光 仍 应 继 续 下 去 而 切 勿 停 止 用 相 反 的 星 形 抛 光 模 重 新 修 磨 副 镜, 使 系 统 在 自 准 直 装 置 中 的 误 差 为 零, 这 样 就 提 高 了 组 合 系 统 的 轴 外 象 质 反 射 元 件 的 光 学 修 磨 比 校 正 板 ( 折 射 型 ) 的 修 磨 快 4 倍 总 之, 透 镜 系 统 的 光 学 修 磨 取 决 于 系 统 的 最 佳 设 计 例 如, 操 作 者 抛 光 时 一 般 总 是 将 球 面 第 247 页

279 附 录 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 的 中 心 区 域 非 球 面 化 而 形 成 抛 物 面 对 施 密 特 - 卡 塞 格 林 校 正 板 首 先 用 玖 瑰 瓣 形 抛 光 模 磨 低 0.86 带, 并 稍 微 不 寒 而 校 正 一 些, 然 后 再 修 磨 副 镜 光 学 检 验 时, 测 量 一 下 焦 平 面 也 是 有 意 义 的, 从 前 后 方 向 投 影 光 学 表 面 然 后 再 进 行 修 磨 最 好 的 方 案 是 修 磨 一 个 小 的 ( 高 倍 放 大 率 时 的 副 镜 ) 大 偏 心 率 的 表 面 修 磨 马 克 苏 多 夫 组 合 望 远 镜 时, 修 磨 主 镜 去 除 的 玻 璃 量 少, 若 修 磨 校 正 板 则 要 除 去 的 玻 璃 量 比 主 镜 多 4 倍 光 学 设 计 者 应 该 告 诉 操 作 者, 为 使 设 计 好 的 图 A14.6 表 示 中 心 区 域 整 正 良 好 而 边 透 镜 系 统 具 有 最 佳 的 性 能, 应 该 修 磨 哪 些 表 面 更 有 利 缘 严 重 塌 边 时 的 焦 内 罗 契 图, 台 阶 形 带 差 的 出 现 说 明 边 部 尚 未 修 整 到 1. 裁 剪 图 案 的 制 作 可 以 用 厚 包 装 纸 或 聚 酯 描 图 纸 裁 剪 图 案, 后 者 价 格 贵 重 但 比 较 结 实, 前 者 容 易 撕 坏 用 图 纸 作 为 原 材 料 就 可 以 制 成 径 向 对 称 的 图 案, 在 低 区 将 沥 青 胶 压 缩, 在 要 求 起 抛 光 切 削 作 用 的 区 域 将 沥 青 胶 凸 起 而 制 成 抛 光 模 图 A14.7 表 明 了 图 形 的 裁 剪 过 程 应 用 这 种 裁 剪 技 术 在 一 个 工 作 日 内 可 以 制 作 一 打 以 上 不 同 形 状 的 抛 光 模 软 沥 青 胶 类 似 于 Azobal soft 或 瑞 士 (Gugolz)#64( 美 国 A 梅 莱 (Meller),R.I. 普 鲁 维 登 斯 (Providence)), 显 然 可 以 抛 光 许 多 型 号 的 玻 璃, 但 在 热 水 中 或 者 红 外 灯 照 射 下 很 容 易 流 动, 用 塑 料 纱 窗 可 以 很 好 印 压 抛 光 模, 以 致 用 任 何 一 种 纸 作 成 的 图 样 都 可 以 形 成 满 意 的 外 形 抛 光 模 上 的 网 格 使 抛 光 时 抛 光 模 与 零 件 接 触 良 好 让 我 们 总 结 一 下 已 学 过 的 检 验 方 法 :(1) 刀 口 检 验 定 性 地 给 出 光 学 系 统 中 光 学 零 件 的 面 形 误 差 ; (2) 罗 契 光 楔 提 供 了 焦 平 面 上 的 误 差 信 息 ( 条 纹 图 样 中 间 区 域 的 宽 度 是 玻 璃 表 面 的 斜 率 变 化 的 大 小 ); (3) 干 涉 仪 给 出 了 光 学 零 件 的 面 形 误 差 因 而 可 区 别 于 焦 平 面 误 差 问 题 : 在 凹 面 反 射 镜 曲 率 中 心 处 的 检 验 是 否 自 身 就 是 自 准 直 装 置? 回 答 : 在 真 正 的 球 面 的 曲 率 中 心 检 验, 形 成 自 准 直 装 置, 这 样 才 能 得 到 零 位 图 形 图 A14.7 指 导 折 叠 和 剪 切 图 样 的 过 程, 形 成 沥 青 抛 光 模 在 自 准 直 或 平 行 光 束 中 检 验 透 射 或 反 射 系 统 的 反 射 面 或 折 射 面 时, 用 刀 口 仪 检 验 得 到 焦 点 图, 焦 点 图 表 示 出 系 统 中 有 无 球 差 光 源 在 右 边, 刀 口 从 右 向 左 遮 拦 便 形 成 了 焦 点 图 在 平 行 光 ( 平 行 光 来 自 透 镜 目 镜 准 直 装 置, 或 者 利 用 与 被 修 磨 的 透 镜 系 统 联 接 的 自 准 直 平 板 而 形 成 平 行 光 束 ) 中 检 验 透 镜 系 统 时, 为 观 察 反 射 镜 的 曲 率 中 心 ( 自 准 直 装 置 ) 或 者 观 察 自 准 直 装 置 的 焦 点 图 时, 将 图 A14.2 上 下 倒 转, 刀 片 从 左 向 右 切 割 检 验 时 要 记 住 几 点 : 刀 口 检 验 时 图 A14.1 是 正 确 的, 因 为 刀 口 顺 着 太 阳 光, 任 何 情 况 下 斜 面 没 有 光 线 时 总 是 暗 的 同 样, 透 镜 与 反 射 镜 的 直 径 为 亮 与 阴 影 的 分 界 线, 一 半 是 亮 区, 相 反 的 一 半 则 是 暗 区 正 如 前 述, 图 样 下 的 区 框 包 含 了 其 它 方 面 的 信 息, 是 使 罗 契 图 或 焦 点 图 变 为 零 位 图 ( 校 正 理 想 的 ) 时 光 学 修 磨 用 沥 青 抛 光 模 轮 廓 对 自 准 直 法 或 反 射 元 件 曲 率 中 心 的 检 验, 则 用 45 0 交 叉 第 248 页

280 附 录 附 录 14 沥 青 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 线 来 表 示 反 射 表 面 的 视 在 斜 面 总 之, 从 完 全 校 正 系 统 和 零 位 图 样 中 观 察 到 的 中 间 带 差 ( 如 罗 契 图 或 焦 点 图 所 示 ) 可 以 认 为 是 偏 心 率 的 变 化 ( 正 或 负 ) 自 准 直 检 验 或 曲 率 中 心 检 验 是 有 意 识 地 将 抛 物 面 或 球 面 调 到 零 位 参 考 文 献 : De Vany,A.S. Optigami A Profiling Tool for Pitch Polishers. Appl.Opt.,10, (9171). De Vany,A.S. Profiling Pitch Polishers, Appl.Opt., 17, (1978). De Vany,A.S. and De Vany,A.S.,Jr. Patterns of Correlation Between Focograms and Ronchigrams, J.Bol. Inst.Tonantizintla, 1(5)(9175). Malacara,D. and Cornejo,A. Relating the Ronchi and Lateral Shearing Interferometer Tests, Opt.Spectra,8,54(1974a). 第 249 页

281 附 录 附 录 15 用 路 灯 代 替 光 学 平 面 附 录 15 用 路 灯 代 替 光 学 平 面 业 余 望 远 镜 制 造 者 J. 斯 克 罗 德 和 C.C. 奇 尼 齐 (Chinizi)( 洛 杉 矶 ) 曾 用 远 距 离 路 灯 代 替 光 学 平 面 近 代 发 展 了 用 水 银 灯 和 钠 光 灯 作 为 单 色 光 源 路 灯 用 于 光 学 检 测 奇 尼 齐 曾 用 这 种 检 验 装 置 修 磨 了 卡 塞 格 林 望 远 镜 的 格 林 次 镜 当 然, 必 须 用 胶 合 板 制 作 望 远 镜 及 主 镜 与 次 镜 的 镜 座, 但 只 有 在 晚 上 大 气 条 件 较 为 稳 定 时 才 能 做 这 种 测 量, 此 时 以 几 英 里 远 的 水 银 路 灯 ( 蓝 白 色 ) 和 钠 灯 ( 黄 色 亮 线 ) 作 为 强 的 点 光 源 我 和 奇 尼 齐 用 胶 合 板 制 作 了 牛 顿 装 置, 并 用 路 灯 检 验 了 抛 物 面 主 镜, 这 样 就 相 当 于 有 了 一 块 表 面 质 量 为 1/20 光 圈 的 直 径 为 12 英 寸 的 光 学 平 面 J. 斯 克 罗 德 使 用 远 距 离 路 灯 的 方 式 是 极 好 的, 因 为 当 时 他 还 缺 乏 制 作 反 射 式 望 远 镜 反 射 镜 的 经 验 在 制 造 11 英 寸 消 色 差 物 镜 时, 他 首 先 设 计 了 一 种 检 验 球 面 象 差 的 装 置 我 们 知 道 即 使 采 用 最 有 效 的 设 计 方 案 也 总 存 在 着 几 个 波 长 的 剩 余 球 面 象 差, 必 须 用 第 二 十 七 章 所 述 的 光 学 修 磨 方 法 来 消 除 球 差, 并 用 自 准 直 平 板 形 成 的 平 行 光 束 检 验 与 修 磨 前 面 的 冕 牌 玻 璃 元 件 斯 克 罗 德 在 修 磨 火 石 玻 璃 元 件 的 凹 面 时, 在 凹 面 曲 率 中 心 处 进 行 检 验 因 为 他 有 用 罗 契 光 栅 检 验 与 修 磨 表 面 的 经 验, 所 以 在 制 造 反 射 式 望 远 镜 时 他 道 德 将 凹 球 面 加 工 成 一 个 扁 的 园 锥 表 面 在 天 空 与 望 远 镜 (9178 年 3 月 ) 中 报 导 了 大 型 消 色 差 望 远 镜 的 检 测 和 光 学 修 磨 法 也 可 以 采 用 绘 制 二 次 曲 面 粗 样 板 的 露 姆 莱 (Lumley) 法 当 然, 当 时 斯 克 罗 德 已 能 绘 制 校 正 前 后 的 图 形, 因 为 不 久 在 检 验 望 远 镜 时 他 就 使 用 了 在 火 石 玻 璃 元 件 上 修 磨 凹 表 面 的 新 方 法 : 用 同 样 的 罗 契 检 验 装 置 先 用 记 号 笔 在 纸 板 上 画 上 罗 契 斜 面 轮 廓 图, 再 根 据 一 对 斜 率 轮 廓 图 近 似 地 画 出 所 要 求 的 样 板 在 曲 率 中 心 检 验 时, 透 镜 系 统 中 口 径 两 侧 由 三 条 条 纹 形 成 罗 契 图, 接 着 用 记 号 笔 画 出 条 纹 图 的 第 二 个 轮 廓 形 状, 然 后 将 一 张 聚 酯 描 图 纸 覆 盖 在 轮 廓 线 上 同 样 地 再 画 一 张 重 要 的 一 点 是 每 次 检 验 曲 率 半 径 时 罗 契 光 栅 在 焦 点 内 的 距 离 必 须 精 确 一 致 每 次 用 划 线 笔 画 出 的 图 纸 在 加 工 和 抛 光 后 都 可 用 来 比 较 罗 契 条 纹 并 判 断 半 径 变 化 的 大 小 露 姆 莱 的 论 文 刊 登 在 天 空 与 望 远 镜 (1961 年 11 月 P ) 中 这 种 检 验 法 被 业 余 望 远 镜 制 造 者 广 泛 地 用 于 园 锥 非 球 面 反 射 镜 众 所 周 知, 一 般 园 锥 曲 面 是 小 的 抛 物 面, 抛 物 面 的 偏 心 率 为 -1, 不 过 取 平 方 后 就 成 了 +1( 见 第 二 十 八 章 ) 露 姆 斯 还 用 可 逆 的 方 法 来 检 验 副 镜, 在 曲 率 中 心 处 进 行 凹 面 镜 检 验 并 加 工 卡 塞 格 林 望 远 镜 的 副 镜, 并 用 光 线 追 踪 法 计 算 了 原 来 根 据 罗 契 图 轮 廓 形 状 所 画 出 的 样 板 图 样 参 考 文 献 : Chinizi,C.C. Private communication (1965). Schroeder,J. Making and Testing an 11 Inch Objective, Sky & Telesc., (March 1978). 第 250 页

282 加 州 哈 密 尔 顿 山 的 里 克 天 文 台 启 用 了 世 界 上 第 二 大 的 光 学 望 远 镜 ( 该 望 远 镜 于 1979 年 投 入 使 用 译 者 注 ) 120 英 寸 大 型 望 远 镜 用 来 探 索 远 离 我 们 10 亿 光 年 左 右 的 宇 宙 深 处 的 天 体 目 前 已 经 处 于 用 手 工 控 制 小 型 抛 光 模 对 其 作 最 后 修 整 的 阶 段 从 这 张 复 制 的 照 片 中 可 以 看 到 亨 德 里 克 ( 已 故 ) 和 柯 旺 正 在 艰 难 地 进 行 镜 面 上 小 面 积 修 磨 的 工 作 ( 见 图 16.1) 右 图 A 英 寸 望 远 镜 表 面 最 后 的 修 磨 阶 段 是 缓 慢 而 细 致 的 亨 德 里 克 斯 正 在 压 一 只 小 型 手 工 控 制 的 抛 光 模, 使 之 吻 合, 柯 旺 在 一 旁 观 看 ( 照 片 由 沃 森 拍 摄 ) 基 础 光 学 工 艺 附 录 附 录 16 大 型 抛 物 面 的 修 磨 附 录 16 大 型 抛 物 面 的 修 磨 自 从 1953 年 研 磨 开 始 后 大 约 已 从 原 来 直 径 10 英 尺 重 量 4 吨 的 玻 璃 上 磨 掉 了 900 磅 派 勒 克 斯 玻 璃, 而 在 最 后 修 磨 到 1/10 波 长 (1/ 英 寸 ) 内 的 过 程 中 却 又 磨 掉 了 千 分 之 几 盎 司 最 细 致 的 加 工 阶 段 是 在 亨 德 里 克 斯 亲 自 指 导 下 进 行 的 他 是 Mount Wilsont 和 Palomar 天 文 台 的 光 学 车 间 主 任, 柯 旺 是 里 克 实 验 室 的 退 休 技 工, 协 助 亨 德 里 克 斯 的 工 作 亨 德 里 克 斯 具 有 从 完 全 相 同 的 方 法 修 磨 200 英 寸 镜 面 的 经 验 用 哈 特 曼 检 验 和 刀 口 检 验 可 寻 找 镜 面 上 的 不 完 善 部 分, 但 是 两 种 检 验 法 都 需 要 在 好 的 夜 空 里 进 行 观 察, 尚 未 镀 膜 的 镜 面 会 将 一 定 亮 度 的 星 光 会 聚, 但 是 镜 面 上 百 分 之 五 的 反 射 光 线 已 足 以 用 来 作 为 检 验 之 用 亨 德 里 克 共 振 或 N.U. 梅 尔 博 士 及 里 克 天 文 台 的 天 文 学 家 乘 上 升 降 机 到 望 远 镜 筒 顶 端 拍 摄 了 检 验 时 的 照 片 哈 特 曼 检 验 时 将 一 块 具 有 规 则 地 分 布 了 小 孔 的 遮 光 片 放 在 升 降 机 室 下 几 英 尺 处 来 拍 摄 一 张 离 焦 后 的 照 片 负 片 上 的 光 点 代 表 了 对 应 小 孔 的 位 置 如 果 光 点 出 现 了 偏 离, 则 表 明 在 该 位 置 上 镜 面 的 倾 斜 存 在 偏 差 刀 口 检 验 法 与 上 面 所 述 大 致 相 同, 业 余 望 远 镜 制 作 者 可 以 用 光 学 平 板 或 另 一 组 光 学 系 统 出 射 的 平 行 光 束 实 现 自 动 准 直, 在 焦 点 处 检 验 透 镜 或 反 射 象 目 前 尚 没 有 尺 寸 足 够 大, 精 度 足 够 高 的 平 面 镜 能 检 验 120 英 寸 的 镜 面, 虽 然 要 受 到 大 气 扰 动 的 限 制, 但 是 我 们 仍 然 必 须 使 用 自 然 界 的 唯 一 平 行 光 束 恒 星 镜 面 上 放 着 一 些 记 录 了 刀 口 焦 点 图 的 放 大 照 片 园 盘 的 边 部 记 上 标 号, 使 加 工 教 唆 明 白 那 些 地 方 必 须 加 以 修 整, 并 用 一 把 木 尺 来 测 量 镜 面 间 距, 照 片 上 白 色 盒 子 的 前 面 用 记 号 笔 划 出 了 修 磨 的 区 域 手 工 抛 光 模 的 直 径 小 于 6 英 寸, 背 面 带 有 木 柄, 沥 青 胶 面 上 开 槽, 用 红 色 抛 光 粉 使 加 工 过 程 缓 慢 而 轻 微 地 进 行 每 一 轮 抛 光 后, 均 逐 次 进 行 哈 特 曼 检 验 和 刀 口 检 验, 以 确 定 抛 光 的 效 果 我 们 看 见 亨 德 里 克 斯 在 反 射 镜 的 东 北 角 区 域 ( 离 边 缘 大 约 1 英 尺 ) 正 在 压 住 一 只 手 工 抛 光 模, 使 修 整 开 始 前 抛 光 模 与 玻 璃 良 好 接 触 为 避 免 擦 伤, 清 洁 工 作 是 十 分 重 要 的 两 位 操 作 者 第 251 页

283 附 录 附 录 16 大 型 抛 物 面 的 修 磨 都 穿 着 防 水 的 裤 子 和 袜 子 并 卷 起 裤 脚 管 镜 面 的 边 缘 与 支 承 镜 面 的 研 磨 抛 光 机 的 底 座 联 在 一 起, 用 聚 乙 烯 塑 料 将 边 缘 包 起 来, 并 在 反 射 镜 四 周 用 防 水 胶 带 纸 将 塑 料 布 粘 住 通 过 抛 光 过 的 上 表 面 很 容 易 看 到 镜 面 铰 接 系 统 的 支 承 中 心 孔 和 镜 子 背 面 上 减 重 的 蜂 窝 结 构 中 心 孔 的 直 径 只 有 8 英 寸, 相 对 于 这 样 大 尺 寸 的 镜 面, 孔 的 尺 寸 小 得 出 乎 意 料 研 磨 工 作 进 行 得 相 当 慢, 根 据 表 面 修 整 量 计 算, 作 一 次 试 验 要 2-3 天 时 间, 多 云 的 夜 晚 则 更 耽 误 时 间, 而 且 一 小 时 的 研 磨 工 作 量 大 约 需 要 一 个 星 期 的 检 验 时 间, 所 以 加 工 的 实 际 时 间 取 决 于 有 多 少 个 能 见 度 高 的 夜 间 遗 憾 的 是 那 年 在 哈 密 尔 顿 山 很 少 出 现 这 样 的 夜 晚 已 经 花 了 300 小 时 来 研 磨 和 抛 光 120 英 寸 的 反 射 镜, 整 台 仪 器 已 研 制 了 十 年, 加 州 花 费 了 二 百 五 拾 万 美 元 1956 年 12 月 出 版 的 天 空 与 望 远 镜 的 P61-63 中 可 以 看 到 这 台 光 学 巨 物 的 最 新 照 片 和 其 它 有 关 照 片 补 遗 : 需 要 回 顾 一 下 200 英 寸 物 镜 的 最 后 光 学 修 磨 过 程 以 及 有 关 人 员 的 情 况 200 英 寸 抛 物 面 最 后 在 加 州 光 学 车 间 进 行 检 验, 采 用 了 F.E. 罗 斯 博 士 设 计 的 零 位 光 学 系 统 在 曲 率 中 心 处 作 刀 口 检 验 主 要 参 与 的 光 学 人 员 是 已 故 的 布 朗, 加 州 技 术 学 院 的 安 德 森 博 士 ( 已 故 ) 负 责 研 磨 和 加 工 并 领 导 整 个 工 作 布 郎 是 第 二 十 六 章 傅 科 刀 口 检 验 或 阴 影 检 验 的 作 者 在 反 射 镜 曲 率 中 心 用 零 位 透 镜 进 行 刀 口 检 验 时, 可 以 在 抛 光 机 上 调 整 反 射 镜 的 倾 斜 位 置, 但 是 这 种 固 定 大 型 镜 面 的 方 法 并 不 是 最 好 的, 因 为 它 将 导 致 以 后 出 现 翘 曲 和 高 带 另 一 方 面 对 多 孔 蜂 窝 状 反 射 镜 几 乎 没 有 做 过 什 么 试 验 做 了 一 个 16 英 寸 球 面 镜 面 的 小 型 模 型, 然 后 按 倒 转 Doll Kirham 法 安 装 ( 实 际 上 施 密 特 在 欧 洲 已 制 成 了 这 种 组 合 望 远 镜 ) 起 来 进 行 检 验 等 等 为 了 叙 述 历 史 而 回 顾 历 史 上 发 生 的 一 些 事 情, 叙 述 中 涉 及 到 一 些 人 物, 但 并 不 想 要 他 们 承 担 责 任 将 镀 铝 反 射 镜 装 在 镜 框 内 组 合 成 望 远 镜 作 星 点 检 验 后 发 现 它 们 是 不 合 格 的 花 了 许 多 时 间 和 精 力 在 镜 框 内 调 试 200 英 寸 反 射 镜, 铰 结 系 统 类 似 于 安 装 在 Wilson 山 上 的 100 英 寸 望 远 镜, 最 后 发 现 在 带 和 边 缘 区 之 间 有 一 条 高 带 目 前 已 不 用 胶 结 金 属 系 统 来 支 承 大 型 望 远 镜, 而 是 用 自 动 控 制 空 气 包 的 蜂 窝 结 构 空 气 包 大 约 支 承 镜 子 重 量 的 95%, 另 外 5% 由 承 垫 支 承 镜 子 边 缘 附 近 用 一 根 水 银 管 固 定, 防 止 镜 子 处 于 各 种 倾 斜 位 置 时 产 生 横 向 走 动 最 后 确 定 引 起 镜 面 高 带 的 原 因 是 在 垂 直 位 置 修 磨 和 检 验 时 产 生 了 翘 曲 布 朗 博 士 和 亨 德 里 克 斯 决 定 一 起 在 观 察 室 里 修 磨 大 型 反 射 镜, 他 们 打 算 将 镜 子 仍 留 在 镜 框 内 ( 镜 子 装 入 镜 框 内 ), 同 时 将 它 安 装 在 抛 光 机 上, 通 过 拍 摄 足 够 亮 的 天 上 星 星 图 A16.2 以 星 光 为 平 行 光 束 并 用 刀 口 切 割 镜 面 的 焦 点 来 检 验 之 图 A16.2 也 许 是 最 好 地 进 行 刀 口 检 验 时 抛 物 面 上 存 在 表 示 了 用 平 行 光 束 检 验 凸 起 带 区 的 照 片 高 带 时 的 焦 点 图 布 朗 在 论 文 中 介 绍 了 这 项 技 术 ( 见 文 献 目 录 ), 但 是 最 后 光 学 修 磨 完 成 及 200 英 寸 望 远 镜 投 入 使 用 后 这 些 论 文 才 公 开 发 表 分 析 亨 德 里 克 斯 所 用 的 技 术 发 现 缺 陷 带 ( 凸 起 ) 是 在 带 中 间, 其 高 度 大 约 为 1.5 波 长 ( 由 亨 德 里 克 斯 私 人 通 讯 提 供 ) 他 将 直 径 6 英 寸 的 半 弹 性 抛 光 模 置 于 凸 带 的 顶 部, 在 凸 带 顶 部 以 3/8-1/4 英 寸 的 偏 心 动 程 用 手 工 转 动 这 只 小 的 抛 光 模, 大 镜 面 以 大 约 32rpm 的 转 速 旋 转 一 旦 发 现 抛 光 模 产 生 拱 起 变 形 时 立 即 停 止 反 射 镜 的 转 动, 所 有 小 抛 光 模 都 要 开 槽, 使 沥 青 保 持 流 动 并 湿 润 按 照 抛 光 的 类 型 这 种 光 学 修 磨 法 称 为 快 速 旋 转 无 动 程 抛 光 第 252 页

284 附 录 附 录 16 大 型 抛 物 面 的 修 磨 在 照 片 上 ( 参 见 图 A16.1( 上 方 )) 可 以 观 察 到 这 类 有 摆 动 臂 和 旋 转 轴 的 抛 光 机, 并 经 常 按 上 述 规 则 使 用 亨 德 里 克 斯 来 哈 密 尔 顿 山 里 克 天 文 台 时 正 在 加 工 120 英 寸 反 射 镜, 他 已 请 人 建 成 了 观 察 室 和 望 远 镜 装 置 在 此 基 础 上, 现 代 才 推 广 在 塔 式 建 筑 塔 中 检 验 望 远 镜 例 如 帕 木 和 格 鲁 布 及 阿 尼 桑 那 大 学 的 光 学 中 心 就 是 用 这 种 方 法 检 验 望 远 镜, 并 在 镜 框 里 研 磨 及 抛 光 大 型 镜 面 的 如 上 所 述, 镜 面 东 北 角 有 一 块 小 的 局 部 带 差, 用 手 工 抛 光 法 进 行 局 部 修 磨 但 是 这 些 误 差 并 不 是 随 机 地 分 布 在 整 个 镜 面 上, 一 般 大 约 为 1/8-1/10 波 长 我 们 知 道 苏 联 有 一 块 最 大 的 望 远 镜 (250 英 寸 ) 存 在 着 一 些 硬 性 和 软 性 缺 陷, 必 须 修 整 好 这 些 缺 陷 后 望 远 镜 才 能 使 用 目 前 一 块 新 的 反 射 镜 正 在 浇 铸, 以 备 将 来 使 用 对 哈 特 曼 检 验 感 兴 趣 的 读 者 可 以 阅 读 光 学 车 间 检 验 第 十 章 ( 作 者 D. 马 拉 卡 拉,Ed.Wiley 纽 约 1978) 里 克 天 文 台 的 前 主 任 A.E. 怀 特 福 特 博 士 提 供 了 120 英 寸 反 射 镜 的 加 工 情 况 有 一 个 地 下 检 验 隧 道, 其 长 度 足 够 在 反 射 镜 曲 率 中 心 处 检 验 反 射 镜, 并 在 检 验 隧 道 里 将 反 射 镜 加 工 成 球 面 采 用 光 学 车 间 制 作 的 非 球 面 透 镜 使 得 可 以 用 傅 科 刀 口 检 验 法 来 检 验 抛 物 面 反 射 镜 柯 旺 认 为 透 镜 是 鲍 恩 ( 也 可 能 是 罗 斯 ) 设 计 的, 因 为 鲍 恩 是 帕 拉 马 天 文 台 的 负 责 人 许 多 抛 物 面 镜 的 修 磨 工 作 是 在 隧 道 中 完 成 的, 问 题 是 抛 光 机 上 的 反 射 镜 从 水 平 位 置 翻 倒 为 垂 直 位 置 时, 支 承 镜 面 的 边 缘 弧 块 使 镜 面 发 生 变 形, 在 垂 直 位 置 检 验 200 英 寸 反 射 镜 时 地 会 出 现 同 样 的 问 题 用 拱 顶 在 曲 率 中 心 处 检 验 时 高 度 是 否 足 够 还 是 个 问 题 根 据 怀 特 福 特 的 说 法, 光 学 车 间 位 于 拱 顶 底 脚 东 北 角 的 最 低 位 置, 沿 垂 直 线 检 验 时 拱 顶 的 尺 寸 不 够 大 当 近 似 的 抛 物 面 磨 好 后, 反 射 镜 装 入 望 远 镜 内, 以 便 直 接 利 用 星 点 检 验, 这 里 傅 科 刀 口 法 和 哈 持 曼 板 都 用 上 了 梅 尔 和 范 斯 利 夫 斯 卡 斯 在 天 文 杂 志 65 期 P (1960) 年 中 介 绍 了 该 方 法 照 片 中 的 摆 臂 有 个 中 心 轴, 轴 的 强 度 足 以 操 纵 大 尺 寸 磨 具 和 抛 光 模 修 磨 过 程 中 需 要 用 到 小 于 12 英 寸 的 各 种 大 小 不 同 的 抛 光 模, 最 后 阶 段 用 手 工 进 行 修 磨 在 亨 德 里 克 斯 前 面 的 照 片 是 在 主 焦 面 的 各 个 方 向 上 拍 下 的 傅 科 切 割 的 阴 影 图 参 考 文 献 : Bowen,Ira S. Optical Problems at the Palomar Observatory. J.Opt.Soc.Am., 42,795(1952). Hendrix,Don. (Private Communication). Sky & Telesc., 69(December 1957). 第 253 页

285 附 录 附 录 17 光 学 检 测 用 的 穆 翟 扫 描 干 涉 仪 附 录 17 光 学 检 测 用 的 穆 翟 扫 描 干 涉 仪 设 计 穆 翟 干 涉 仪 的 目 的 是 用 于 扫 描 抛 光 非 球 面 或 表 面 涂 蜡 的 非 球 面 冉 森 亨 德 里 克 斯 胡 克 和 霍 切 格 雷 夫 已 经 介 绍 了 利 用 五 角 棱 镜 扫 描 光 学 表 面 的 系 统 我 曾 经 提 出 在 穆 翟 干 涉 仪 的 平 行 束 中 安 置 一 块 小 的 带 微 量 楔 角 或 不 带 楔 角 的 平 行 平 板 在 此 我 们 将 讨 论 怎 样 从 一 块 大 平 板 上 切 割 下 一 对 光 学 平 板 或 单 个 平 板 来 进 行 光 学 扫 描, 这 两 种 方 法 都 可 以 得 到 干 涉 图 并 将 干 涉 图 投 影 到 观 察 屏 上 用 五 角 棱 镜 进 行 扫 描 的 工 作 最 早 由 冉 森 所 做, 他 利 用 了 从 一 块 大 棱 镜 上 切 割 下 来 的 一 对 五 角 棱 镜 或 单 个 棱 镜 对 非 球 面 或 望 远 镜 系 统 进 行 扫 描 亨 德 里 克 斯 的 著 作 记 载 了 用 五 角 棱 镜 在 组 合 式 施 密 特 照 相 机 中 扫 描 校 正 板 光 学 面 形 时 的 早 期 应 用 胡 克 在 最 近 发 表 的 文 章 摘 要 中 指 出, 用 五 角 棱 镜 扫 描 由 非 球 面 反 射 的 光 束, 其 角 度 偏 差 灵 敏 度 小 于 2um, 霍 切 格 雷 夫 在 最 近 的 文 章 中 指 出, 一 块 典 型 的 f/1.25 抛 物 面 镜 ( 直 径 40cm), 其 带 区 差 为 1um 我 们 知 道 角 度 误 差 可 以 转 变 为 面 形 误 差, 而 且 以 最 佳 拟 合 曲 线 转 换 为 非 球 面, 然 后 可 画 出 光 学 表 面 面 形 模 仿 扫 描 棱 镜 的 典 型 设 计, 可 以 将 穆 翟 干 涉 仪 修 改 为 干 涉 测 量 用 的 干 涉 仪 ( 见 图 A17.1,2) 将 需 要 作 光 学 修 磨 的 大 凹 面 镜 装 在 抛 光 机 上, 由 一 对 153mm 平 行 平 板 组 成 的 扫 描 元 件 置 于 平 行 光 束 中, 平 行 平 板 固 定 在 沿 两 个 滑 轮 运 动 的 钢 带 上 ( 不 要 用 太 小 的 平 行 平 板 ) 当 一 滑 轮 转 动 时, 一 对 平 行 平 板 便 以 相 反 的 方 向 扫 描 凹 面 镜 的 口 径 显 微 镜 管 内 的 一 只 10mm 的 镀 铝 的 直 角 棱 镜 与 扩 束 物 镜 组 成 激 光 光 源 此 光 源 被 装 于 杠 杆 式 立 臂 上, 并 由 测 微 手 轮 升 降 用 聚 焦 臂 和 测 微 器 测 量 一 对 扫 描 平 板 的 每 个 区 域 上 反 射 光 的 偏 析 旋 转 观 察 屏 上 两 组 互 成 90 0 角 的 12.5mm 宽 的 平 行 线, 就 可 在 观 察 屏 图 A17.1 光 学 修 磨 时 用 一 对 对 开 平 行 平 板 毛 面 上 看 到 两 个 反 射 图 的 投 影 同 样 可 以 用 单 个 ( 穆 翟 干 涉 仪 ) 扫 描 非 球 面, 细 磨 面 经 涂 蜡, 大 于 153mm 的 平 行 平 板 来 代 替 双 平 板 ( 图 A17.1 擦 亮 后 可 以 获 得 干 涉 图, 激 光 光 源 由 20 倍 物 中 没 有 画 出 ), 但 只 能 得 到 一 幅 干 涉 图 镜 与 小 孔 组 成 操 作 者 在 光 学 修 磨 过 程 中 用 扩 束 激 光 光 源 (0.5mW) 可 以 交 替 修 磨 或 涂 蜡 抛 光 非 球 面 及 透 镜 莫 里 和 霍 布 金 斯 提 出 了 用 涂 蜡 磨 砂 表 面 来 模 拟 抛 光 表 面 的 一 项 技 术 通 常 用 小 型 旋 转 弹 性 瓷 砖 磨 具 和 弹 性 ( 不 旋 转 ) 抛 光 模 来 完 成 光 学 修 磨 成 型 ( 见 第 二 十 章 ) 通 过 涂 蜡 来 模 拟 抛 光 表 面 的 试 验 得 到 了 下 列 结 论 : 一 块 直 径 30cm 孔 径 f/6.0 的 反 射 镜 用 95 号 金 刚 砂 磨 料 细 磨 再 涂 蜡 抛 光 后 可 用 罗 契 测 试 仪 在 其 曲 率 中 心 处 进 行 检 验 最 适 用 的 蜡 是 一 种 柔 软 的 塑 性 混 合 物, 这 种 蜡 在 巴 西 的 棕 蜡 中 含 量 较 高 在 细 磨 过 的 表 面 涂 上 一 薄 层 蜡, 并 用 尼 龙 布 球 用 力 将 表 面 擦 亮, 就 能 在 暗 室 的 屏 幕 上 观 察 到 横 向 剪 切 干 涉 条 纹 ( 类 似 于 离 焦 后 的 罗 契 条 纹 )( 见 附 录 12 14) 总 之 还 有 不 少 问 题 需 要 考 虑, 如 必 须 用 旋 转 的 观 察 屏 和 刻 度 线 来 确 定 投 影 屏 上 两 个 干 涉 图 的 方 向, 从 而 使 全 部 干 涉 条 纹 的 间 隔 均 匀 应 该 记 住, 光 学 修 磨 成 形 过 程 中, 边 缘 带 区 是 参 考 带 区 ( 见 第 十 二 章 ) 将 一 个 抛 光 球 面 变 为 抛 物 面, 实 际 上 就 是 在 球 面 中 部 或 带 附 近 除 去 一 些 玻 璃, 当 然 也 有 许 多 非 球 面 透 镜 或 校 正 板 仅 仅 在 带 附 近 除 去 一 些 玻 璃 初 步 光 学 修 磨 成 形 后, 参 考 带 可 向 任 何 带 区 转 移 ( 见 第 二 十 六 章 ) 沥 青 抛 光 的 最 后 阶 段 必 须 用 较 大 功 率 的 激 第 254 页

286 附 录 附 录 17 光 学 检 测 用 的 穆 翟 扫 描 干 涉 仪 光 光 源 及 小 孔 空 间 滤 波 器 来 改 善 横 向 剪 切 的 干 涉 条 纹 的 对 比 度 如 果 经 过 支 座 上 的 空 心 轴 使 激 光 光 源 显 然, 将 涂 蜡 抛 光 的 光 学 修 磨 成 形 的 非 球 面 透 镜 装 在 旋 转 轴 上 后, 就 可 以 用 可 调 谐 激 光 器 对 其 进 行 扫 描 关 于 这 个 问 题 这 里 不 再 讨 论 另 一 种 用 于 扫 描 的 光 学 装 置 是 由 一 块 镀 膜 光 学 平 面 的 一 台 牛 顿 望 远 镜 组 成 的 在 毛 玻 璃 上 可 以 观 察 到 罗 契 条 纹 这 里 所 观 察 到 的 是 一 个 校 正 不 足 的 凹 面 镜 的 焦 内 罗 契 图 这 个 装 置 如 图 A17.2 所 示 右 图 A17.2 牛 顿 望 远 镜 中 用 一 块 扫 描 的 光 学 平 板 则 可 以 观 察 到 光 学 修 磨 过 程 中 抛 物 面 的 罗 契 图, 激 光 光 源 中 用 一 只 抛 光 的 轴 承 钢 球 作 扩 束 器, 细 磨 表 面 经 过 涂 蜡 擦 光 参 考 文 献 -- 附 录 17 De Vany,A.S. Scanning Murty Interferometer for Optical Testing, Appl.Opt.,11, (1972) Hendrix,D.O.and Christe,W.H. Some Applications of the Schmidt Principle in Optical Design, Amateur Telescope Making. Book 3,Scientific American,New York 365(1953). Hochgraf,N.H. Abstract, J.Opt.Soc.Am.,655-A(1971). Hooker,R.B. Abstract, J.Opt.Soc.Am.,61,655-A(1971). Moreau.B.G.and Hopkins,R.E. Application of Wax to Fine Ground Surface to Simulate Polish, Appl.Opt., 8,2150 (1969). Murty,M.V.R.K. The Use of a Single Plane Parallel as a Lateral Shearing Interferometer with a Visible Laser Sourse, Appl.Opt.,10,531(1964). Ransom,J.Private communication(1951). 第 255 页

287 附 录 附 录 18 用 穆 翟 干 涉 仪 检 验 光 学 材 料 试 样 的 均 匀 性 附 录 18 用 穆 翟 干 涉 仪 检 验 光 学 材 料 试 样 的 均 匀 性 许 多 光 学 车 间 在 制 造 棱 镜 透 镜 等 光 学 元 件 时 需 要 一 种 快 速 检 验 晶 体 与 玻 璃 均 匀 性 的 方 法, 最 经 济 的 大 孔 径 干 涉 仪 之 一 是 如 图 A18.1a 所 示 的 穆 翟 干 涉 仪 图 ( 见 图 A12.2 和 图 A12.4) 中 所 示 是 相 对 孔 径 为 f/4.0 口 径 为 30cm 的 抛 物 镜 低 功 率 可 见 激 光 器 ( 约 0.5mv) 和 带 10* 物 镜 的 小 孔 径 滤 波 器 组 成 的 牛 顿 式 准 直 仪, 相 对 孔 径 f/4.0 抛 物 面 镜 是 消 球 差 的 将 平 行 平 板 ( 带 微 小 楔 角 或 不 带 楔 角 ) 放 入 平 行 光 束 中 就 会 投 影 出 横 向 剪 切 干 涉 条 纹 这 是 一 种 多 用 干 涉 仪, 只 要 将 加 工 后 的 透 镜 ( 需 要 可 调 谐 激 光 器 照 明 ) 非 球 面 元 件 以 及 平 行 平 板 稍 加 调 整 或 重 新 布 局 ( 见 图 A18.1a) 就 能 组 成 准 直 装 置, 实 现 干 涉 测 量 为 了 观 察 透 镜 干 涉 条 纹 [(2nt-1)t], 将 光 学 试 样 作 成 粗 抛 光 的 平 行 平 板 ( 不 带 楔 角 或 带 微 小 楔 角 ), 以 大 约 45 0 方 向 置 于 平 行 光 束 之 中, 并 拍 下 横 向 剪 切 干 涉 条 纹 或 投 影 到 毛 玻 璃 屏 上 将 待 测 试 样 放 在 靠 近 抛 物 面 镜 的 倾 斜 位 置 上, 还 可 以 观 察 到 反 射 菲 索 干 涉 条 纹 (2nt) 这 种 干 涉 条 纹 也 可 以 投 影 到 毛 玻 璃 屏 上 或 拍 成 与 被 检 工 件 直 径 同 样 大 小 的 照 片 以 便 观 察 ( 见 图 A12.1b) 利 用 这 种 干 涉 仪 可 以 定 性 观 察 或 定 量 测 量 折 射 率 的 均 匀 性 定 性 观 察 不 均 匀 性 的 位 置 精 度 可 以 满 足 一 般 光 学 加 工 的 要 求 例 如 粗 略 观 察 一 下 图 A18.2 a 中 制 造 棱 镜 的 BSC-2 或 BK-7 玻 璃 圆 盘 形 成 的 透 射 条 纹 的 放 大 (1.414*) 照 片 ( 这 是 45 0 角 的 透 视 收 缩 照 片 ), 便 可 以 观 察 到 平 行 透 射 条 纹 的 缺 陷 及 确 定 不 均 匀 性 的 位 置 制 造 棱 镜 时 就 要 切 去 或 钻 支 这 一 区 域 加 以 局 部 修 饰 以 获 得 完 全 平 行 的 条 纹 显 然, 光 学 材 料 的 均 匀 性 确 定 了 这 块 材 料 的 用 途 利 用 泰 曼 - 佩 里 法 可 定 量 测 量 折 射 率 的 变 化, 如 图 A18.2 所 示, 这 种 方 法 需 用 两 个 一 定 放 大 比 的 图 样 ( 与 拍 摄 时 45 0 角 的 位 置 有 关 ) 将 图 A18.2 a 的 聚 酯 图 纸 上 的 透 射 条 纹 重 合 于 图 A18.2 b 中 的 菲 索 条 纹 上, 就 可 由 此 得 到 光 学 材 料 折 射 变 化 的 轮 廓 图 测 定 被 检 试 样 均 匀 性 时 常 常 会 在 透 射 条 纹 中 发 现 一 些 很 小 的 条 纹 变 化, 它 们 不 随 被 检 试 样 在 平 行 激 光 束 中 的 平 移 而 移 动 这 是 由 于 抛 物 镜 的 带 球 差 校 正 不 足 之 故 这 一 小 块 不 均 匀 区 域 当 试 样 移 动 时 其 始 终 保 持 在 原 来 位 置 要 注 意 的 是 由 于 试 样 在 平 行 光 束 中 以 45 0 角 方 向 放 置, 干 涉 仪 可 以 测 试 的 光 窗 口 径 为 干 涉 仪 直 径 的 1.4 倍 参 考 文 献 -- 附 录 18 De Vany,A.S. Using a Murty Interferometer for Testing the Homogeneity of Test Samples of Optical Materials,Appl.Opt.,13,10,1459(1971). 图 A18.1 a 用 穆 翟 干 涉 仪 ( 带 有 激 光 光 源 及 用 光 学 透 明 材 料 制 成 的 单 块 平 行 平 板 ) 得 到 表 示 材 料 内 部 均 匀 性 的 横 向 剪 切 干 涉 图 b 被 检 试 样 放 在 接 近 抛 物 面 反 射 镜 的 激 光 束 中 就 形 成 菲 索 干 涉 图 图 A18.2 a 由 图 A18.1 a 所 观 察 到 的 横 向 剪 切 干 涉 图 b 由 A18.1 b 所 观 察 到 的 菲 索 干 涉 图 ( 被 检 试 样 采 用 BSC-2 玻 璃 其 直 径 为 150mm, 厚 度 为 50mm) Murty,M.V.R.K. A Note on the Testing of Homogeneity of Large Aperture Parallel Plates of Glass, Appl.Opt., 3,784 (1964). Twyman,F. Prism and Lens Making, Hilger & Watts,Ltd.,London, (1952) 第 256 页

288 附 录 附 录 19 接 近 理 想 的 光 学 立 方 体 附 录 19 接 近 理 想 的 光 学 立 方 体 理 想 的 光 学 立 方 体 同 八 个 顶 角 和 13 个 精 确 的 90 0 角 组 成, 所 有 90 0 角 的 允 许 误 差 为 ±2 也 即, 立 方 体 第 一 个 项 角 a 处 我 每 一 条 边 的 误 差 必 须 小 于 1.5, 如 图 A19.1a 所 示 图 A19.1b 是 一 个 加 工 完 毕 的 光 学 立 方 体, 测 量 值 标 注 在 图 上 右 图 A19.1 a) 制 造 过 程 中 以 顶 角 a 为 基 准 的 玻 璃 立 方 体 b) 列 出 光 学 立 方 体 6 个 90 0 角 的 测 量 值 ( 秒 )( 顶 角 a 为 及 1.18) 1) 由 BK7 制 造 边 长 为 50.8mm 的 玻 璃 立 方 体 时 以 顶 角 a 为 基 准, 铣 磨 与 精 磨 6 个 面, 用 精 确 的 90 0 立 方 体 来 检 验 6 个 直 角 的 顶 角 然 后 粗 抛 光 (25%) 立 方 的 所 有 表 面 抛 光 另 一 表 面 可 以 消 除 泰 曼 效 应 用 这 种 快 速 加 工 法 时, 需 要 用 金 刚 砂 磨 料 重 新 研 磨 下 几 个 90 0 角 2) 有 几 种 方 法 可 以 确 定 90 0 角 的 正 负 ( 见 第 六 章 ) 误 差 这 里 推 荐 使 用 4 放 大 系 数 的 外 自 准 直 法, 因 为 使 用 这 种 方 法 可 以 确 定 一 个 校 正 90 0 角 误 差 的 加 压 点, 如 图 A19.2 所 示 加 压 某 部 位 使 分 离 象 重 合 从 而 使 90 0 得 到 校 正, 显 然, 在 内 自 准 直 法 中 不 能 用 接 触 法 来 测 试 固 定 的 象 图 19.2 玻 璃 立 方 体 90 0 抛 光 基 准 面 的 点 外 自 准 直 测 量 法 将 顶 角 a 的 一 个 表 面 抛 光 至 1/8 光 圈 并 作 为 加 工 其 余 两 个 90 0 角 的 基 准 角 加 工 时 用 胶 带 纸 在 该 面 作 上 记 号 以 免 混 淆 用 图 A19.2 所 示 装 置 来 检 验 顶 角 a 的 第 一 个 90 0 角, 如 果 两 个 象 的 分 离 距 离 太 大 就 必 须 重 新 细 磨 一 般 总 是 将 已 抛 光 的 参 考 面 对 着 平 行 光 管, 而 将 被 修 磨 的 面 放 在 三 个 预 先 用 蜡 胶 的 尼 龙 球 上 经 过 精 确 修 正 的 90 0 角 的 表 面 必 须 具 有 1/8 光 圈 的 表 面 质 量 然 后 将 两 个 表 面 镀 铝, 在 希 尔 格 - 瓦 兹 分 光 仪 上 测 量 90 0 角 的 另 一 个 表 面 用 9 个 循 环 读 数 ( 用 四 个 读 数 显 微 镜 ) 测 量 90 0 镀 膜 表 面 之 间 的 空 气 角 注 意 在 立 方 体 上 所 测 得 的 是 空 气 角 而 不 是 玻 璃 角 ( 见 图 A19.3) 一 般 总 是 在 负 玻 璃 角 的 一 端 加 压 并 多 磨 去 些, 以 修 正 角 度 误 差 ( 见 第 七 章 ) 测 量 第 一 个 90 0 角 的 误 差 小 于 1.5 时 就 算 完 工 了 用 类 似 的 方 法 加 工 及 修 磨 顶 角 a 的 第 三 个 90 0 角 表 7.1 表 明, 一 图 A19.3 测 量 空 气 角 与 玻 璃 角 的 区 别 : 如 果 空 气 个 加 压 点 可 校 正 一 个 或 两 个 角 度, 第 角 误 差 为 正 值, 则 玻 璃 角 误 差 为 负 值 ; 反 之 亦 然 三 个 90 0 角 可 在 分 光 测 角 仪 上 测 量 第 257 页

289 附 录 附 录 19 接 近 理 想 的 光 学 立 方 体 测 量 顶 角 a 处 的 两 个 90 0 角 达 到 要 求 的 允 差 1.5 时, 应 将 3) 所 述 的 方 法 保 护 所 有 的 镀 铝 表 面 3) 依 次 调 换 每 个 表 面 完 成 立 方 体 顶 角 a 的 其 余 三 个 面 的 最 后 加 工, 并 用 有 水 银 光 源 ( 也 可 以 用 一 个 0.3mW 激 光 光 源 将 干 涉 条 纹 投 影 到 毛 玻 璃 上 ) 的 干 涉 仪 装 置 来 检 验 最 后 的 平 行 度 根 据 大 量 的 平 行 直 条 纹 或 偏 心 园 环 条 纹 可 确 定 两 个 表 面 平 行 度 的 程 度 ( 小 误 差 ) 为 了 确 定 立 方 体 中 的 楔 角, 如 图 A19.4 所 示 将 一 手 指 放 在 某 一 条 纹 上, 则 条 纹 将 指 向 立 方 体 的 图 A19.4 玻 璃 立 方 体 存 在 楔 角 时 的 菲 索 干 涉 薄 端 立 方 体 上 园 条 纹 同 心 且 抛 光 表 面 达 到 了 图 及 确 定 楔 角 方 向 的 方 法 立 方 体 两 个 表 面 平 1/8 光 圈 的 表 面 质 量 时, 表 示 两 个 表 面 的 平 行 行 度 良 好 时 在 菲 索 干 涉 仪 上 出 现 同 心 园 条 纹 度 达 到 了 要 求 另 外 不 需 要 测 量 90 0 角 也 可 以 完 成 光 学 立 方 体 的 加 工 用 分 光 仪 作 最 后 质 量 精 度 的 定 量 测 量, 如 图 A19.3 所 示 每 个 空 气 角 要 有 27 个 读 数, 角 度 误 差 总 与 空 气 角 误 差 大 小 相 等 方 向 相 反 用 最 小 二 乘 法 测 量 90 0 角 的 成 功 概 率 为 87% W. 乔 文 特 (Chauvenet) 著 的 天 体 与 实 用 天 文 学 手 册 (Dover New York) 第 二 凹 P 叙 述 了 最 小 二 乘 法 参 考 文 献 : Correcting Glass Angles of Prisms, Appl.Opt., 16,2019(1977). De Vany, A.S., Testing Reflecting Angles of Prisms, Appl.Opt., 17,1661(1978). De Vany, A.S., Near Perfect Optical Square, Appl.Opt., 18, (1979). Howell, J.and De Vany, A.S. A Near Perfect Cube, Northrop Shop Manual(1955). 第 258 页

290 附 录 附 录 20 棱 镜 反 射 角 的 检 验 附 录 20 棱 镜 反 射 角 的 检 验 第 六 七 章 中 我 们 讨 论 了 用 外 自 准 直 或 内 自 准 直 装 置 检 验 棱 镜 反 射 角 的 方 法 本 附 录 将 进 一 步 讨 论 棱 镜 空 气 角 的 内 自 准 直 和 外 自 准 直 检 验 以 及 用 内 外 自 准 直 检 验 接 近 理 想 反 射 角 的 精 密 测 定 法 图 6.8 显 示 了 单 个 准 直 仪 如 何 从 铅 垂 面 内 72 0 到 水 平 面 内 4 0 的 大 范 围 内 进 行 自 动 对 准, 空 气 角 在 82 0 范 围 内 仍 可 以 实 现 外 自 准 直 对 准 显 然, 在 自 准 直 仪 上 某 一 位 置 先 检 验, 然 后 再 转 到 第 二 个 角 度 位 置, 从 而 可 用 一 套 自 准 直 装 置 检 验 两 个 反 射 角 和 90 0 侧 边 角 ( 控 制 尖 塔 差 ) 如 图 6.8 所 示, 棱 镜 要 支 承 在 紧 紧 地 用 蜡 胶 在 一 块 镀 铝 平 板 的 三 个 尼 龙 球 上, 用 直 接 比 较 装 置 测 量 棱 镜 角 度 时 有 2 放 大 系 数 所 选 择 的 棱 镜 参 考 面 是 粗 抛 光 过 的 或 者 用 一 块 小 的 镀 膜 平 板 湿 贴 到 细 磨 面 上 而 形 成 反 射 作 用, 测 量 棱 镜 90 0 空 气 角 时 有 4 放 大 系 数 分 析 第 一 个 空 气 角, 可 以 来 确 定 有 几 种 方 法 90 0 参 考 面 与 平 板 形 成 的 外 自 准 直 角 度 是 锐 角 还 是 钝 角 ( 见 图 A20.1) 1) 将 目 镜 朝 棱 镜 方 向 离 焦 1mm 并 进 行 观 察, 如 果 象 趋 向 于 分 离 则 空 气 角 是 正 的 ( 大 于 90 0 ) 2) 同 上 述 一 样 将 目 镜 离 焦, 如 果 象 趋 向 于 靠 拢 则 空 气 角 是 负 的 ( 小 于 90 0 ) 将 目 镜 反 向 离 焦 来 证 实 上 述 结 论, 这 时 将 产 生 相 反 的 效 应 : 正 的 空 气 角 使 水 平 方 向 分 离 的 象 靠 图 A20.1 棱 镜 支 承 在 三 个 尼 龙 球 上, 由 棱 镜 的 90 0 侧 边 角 拢, 反 之 则 进 一 步 分 离 开 ( 控 制 尖 塔 差 ) 和 镀 膜 平 板 形 成 空 气 角 时 外 自 准 直 检 验 的 模 型 测 量 空 气 角 时 用 标 准 角 规 与 90 0 参 考 面 形 成 的 外 自 准 直 装 置 进 行 直 接 比 较, 并 用 加 压 法 来 判 断 角 度 的 正 负 这 里 是 用 一 手 指 碰 一 下 棱 镜 的 一 个 部 位 使 象 进 一 步 分 离 或 靠 拢 来 判 断 角 度 正 负 的 ( 见 图 A20.2) 该 点 就 是 修 整 棱 镜 角 度 时 精 磨 和 抛 光 ( 超 精 度 ) 的 加 压 点 显 然, 用 加 压 法 不 能 检 验 内 自 准 直 中 的 鬼 象 图 A20.2 用 内 外 自 准 直 检 验 棱 镜 正 负 角 的 光 路 ( 注 意 目 镜 离 焦 时 水 平 象 的 移 动 情 况 ) 分 析 第 五 章 讨 论 过 的 角 度 规 则 1( 第 五 章 ) 与 本 附 录 1) 是 一 致 的, 因 为 初 次 制 造 棱 镜 的 操 作 者 对 一 些 结 论 会 产 生 误 解, 所 以 我 们 详 细 论 述 了 两 种 情 况 下 的 规 则 1 和 1) 修 整 后 棱 镜 的 第 259 页

291 附 录 附 录 20 棱 镜 反 射 角 的 检 验 反 射 角 具 有 重 叠 的 象, 但 目 镜 离 焦 后 象 又 再 次 分 开, 切 勿 误 以 为 棱 镜 角 度 又 变 大 ( 钝 ) 了 为 了 证 实 自 己 的 观 察 结 果, 操 作 者 应 该 将 目 镜 以 相 反 方 向 离 焦 1mm, 结 果 图 象 又 分 开 同 样 大 小 的 距 离, 如 图 A20.2 所 示 这 种 情 况 类 似 于 完 全 修 磨 好 的 天 文 物 镜 的 星 点 检 验 星 点 检 验 时 在 焦 面 两 边 形 成 同 样 光 强 和 直 径 的 园 环 现 在 对 用 内 外 自 准 直 法 检 验 棱 镜 反 射 角 误 差 作 一 总 结 ( 根 据 图 A20.2 顺 序 ) 用 目 镜 的 内 外 离 焦 而 引 起 的 象 的 移 动 来 说 明 角 度 的 误 差 一 般 首 先 将 目 镜 尽 可 能 调 整 到 使 其 成 象 最 清 晰, 然 后 再 将 目 镜 离 焦 1mm, 必 须 记 住 这 时 仅 检 验 组 合 反 射 角 的 一 个 角 度, 因 此 必 须 旋 转 棱 镜, 对 角 度 进 行 比 较 检 验 当 涉 及 到 两 个 角 度 时 ( 例 如 控 制 组 合 角 ), 最 后 压 力 点 在 两 个 点 的 中 间 角 度 状 态 有 正 的 负 的 及 无 误 差 的 三 种 情 况 参 考 文 献 : De Vany,A.S. Testing a Prism s Compound Reflecting Angles, Appl.Opt., 14,2791(1975). De Vany,A.S. Correcting Glass Angles of Prisms, Appl.Opt., 16,2019(1977). 第 260 页

292 附 录 附 录 21 由 干 涉 图 判 读 波 面 和 表 面 的 斜 率 误 差 附 录 21 涉 图 判 读 波 面 和 表 面 的 斜 率 误 差 每 个 人 在 观 察 干 涉 图 时 对 干 涉 图 包 含 什 么 信 息 都 提 出 过 疑 问, 特 别 当 有 彗 差 象 散 和 球 差 存 在 时 就 有 大 量 信 息 有 待 分 析 本 附 录 重 点 讨 论 剩 余 球 差, 并 提 出 利 用 干 涉 图 测 量 波 面 及 表 面 斜 率 误 差 的 一 种 新 方 法 用 泰 曼 - 格 林 干 涉 仪 或 横 向 剪 切 干 涉 仪 检 验 折 反 射 式 马 克 苏 多 夫 系 统, 得 到 了 如 图 A21.1 所 示 干 涉 图 如 果 我 们 已 知 下 列 四 项 就 可 以 很 快 地 判 读 出 该 干 涉 图 的 高 低 斜 率 差 的 位 置 这 四 项 是 :(a) 成 象 系 统 的 类 型 -- 包 括 透 射 元 件 反 射 镜 及 折 反 式 系 统 ;(b) 系 统 上 的 一 些 鉴 别 标 志 ( 如 贴 一 条 胶 带 纸 ), 以 便 使 分 析 的 干 涉 图 可 以 精 确 定 向 ;(c) 横 向 剪 切 干 涉 图 是 焦 内 还 是 焦 外 离 焦 ;(d) 焦 内 和 焦 外 的 焦 面 罗 契 图 的 斜 率 偏 差 ( 见 附 录 14) 因 为 存 在 两 类 元 件, 为 此 选 择 折 反 系 统 来 加 以 分 析 操 作 者 可 以 利 用 准 罗 契 图 来 修 磨 校 正 板 的 凹 面 面 形 从 准 罗 契 图 知 道 带 及 边 缘 带 是 正 确 的, 中 心 带 高 于 带, 最 边 缘 则 有 严 重 的 塌 边 ( 低 ) 平 行 光 通 过 透 镜 系 统 可 得 到 准 罗 契 图 ( 见 附 录 14) 用 焦 外 准 罗 契 图 同 样 可 以 得 到 表 面 的 斜 率 偏 差 ( 见 图 A21.1) 问 题 : 操 作 者 是 否 可 以 将 反 射 式 主 镜 面 修 磨 为 零 位 图 形? 答 案 : 可 以 但 他 必 须 明 白 对 反 射 镜 面 应 将 准 罗 契 图 翻 转, 如 图 A21.1 所 示 在 光 学 修 磨 时 必 须 把 焦 外 准 罗 契 图 看 作 为 焦 内 准 罗 契 图, 反 之 亦 然 对 反 射 镜 其 带 差 如 下 :0.707 带 与 边 缘 带 是 正 确 的, 中 心 带 高 于 带, 最 边 缘 带 是 塌 边 ( 低 ) 判 读 表 面 斜 率 的 偏 离 与 透 射 元 件 一 样 图 A21.1 干 涉 图 观 察 到 的 反 射 对 称 的 准 罗 契 图 附 录 14 表 示 修 正 透 镜 或 反 射 镜 表 面 面 形 时 星 形 沥 青 抛 光 模 的 形 状 豪 斯 登 编 的 光 学 车 间 手 册 ( 美 国 光 学 学 会, 华 盛 顿 D.C)P 中 T.J. 约 翰 逊 总 结 了 上 述 光 学 检 验 方 法 :(a) 干 涉 图 实 际 上 是 玻 璃 表 面 误 差 的 轮 廓 图, 所 以 干 涉 图 必 须 转 变 成 焦 平 面 的 轮 廓 图 ;(b) 罗 契 图 给 出 了 焦 平 面 的 误 差 信 息 ( 条 纹 中 的 罗 契 带 宽 度 是 玻 璃 表 面 斜 率 误 差 变 化 的 大 小 );(c) 焦 点 图 显 示 了 玻 璃 表 面 斜 率 的 轮 廓 图 准 罗 契 图 将 干 涉 图 转 变 为 焦 平 面 的 误 差, 所 以 操 作 者 可 以 用 准 罗 契 图 来 指 导 光 学 修 磨, 使 透 镜 系 统 达 到 零 位 图 如 果 先 用 一 张 纸 盖 住 干 涉 图 右 边 部 分 并 认 为 它 就 是 透 射 波 面 的 斜 率 图, 使 用 者 就 不 必 再 从 干 涉 图 画 出 罗 契 图 然 后 再 用 纸 盖 住 干 涉 图 的 左 边 部 分 并 认 为 它 就 是 反 射 表 面 的 波 面 斜 率 图 操 作 者 必 须 牢 记 以 上 所 述 焦 内 准 罗 契 图 的 判 读 方 法 参 考 文 献 : De Vany,A.S. Quasi-Rongchigrams as Mirror Transitive Images of Intergerograms, Appl.Opt., 9,1944(1970). De Vany,A.S. Profiling Pitch Polishers, Appl.Opt., 17,(1978). T.J.Johnson, in Optical Shop Note Book, J.B.Houston,Jr., Ed. (optical Society of America, Washington,D.C., ), Vol.1,P.92. 第 261 页

293 附 录 附 录 22 沥 青 抛 光 模 夹 具 和 模 具 附 录 22 抛 光 模 夹 具 和 模 具 本 附 录 将 讨 论 光 学 加 工 过 程 中 的 塑 料 抛 光 模 塑 料 - 陶 瓷 磨 具 及 透 镜 夹 具 的 一 些 试 验 制 造 小 批 量 透 镜 时 经 常 需 要 制 作 塑 料 - 陶 瓷 磨 具, 因 为 制 造 这 种 磨 具 比 制 造 昂 贵 的 玻 璃 或 铸 铁 模 具 更 为 便 宜 透 镜 加 工 中 使 用 树 脂 - 塑 料 夹 具 夹 持 透 镜 是 有 利 的 众 所 周 知, 含 有 氧 化 铈 或 氧 化 锌 的 聚 氨 脂 广 泛 地 用 于 玻 璃 零 件 的 高 速 抛 光 中, 但 是 存 在 着 明 显 的 不 足 之 处 例 如 高 速 抛 光 时 深 球 抛 光 模 的 材 料 磨 耗 很 快, 此 外 抛 光 模 必 须 随 时 加 水 以 防 干 涸 并 硬 化, 而 塑 料 抛 光 模 没 有 这 些 缺 点, 但 是 尚 未 找 到 一 种 发 泡 剂 能 产 生 载 往 抛 光 物 质 所 需 要 的 微 孔 结 构 霍 恩 在 光 学 制 造 技 术 (Crane, Russak & Company, New York) 1953, 第 8.9 p 235 中 讨 论 了 用 发 泡 剂 产 生 微 孔 结 构 的 方 法 混 合 时 在 压 力 容 器 中 使 用 弗 里 昂 则 可 以 在 大 气 压 下 形 成 小 的 气 泡 市 场 上 有 压 缩 费 里 昂 供 应 用 明 尼 苏 达 矿 产 和 制 造 公 司 提 供 的 原 料 能 制 成 最 好 和 最 快 的 环 氧 树 脂 抛 光 模 用 该 公 司 的 Lot 83 材 料 制 作 抛 光 模 的 步 骤 如 下 : 1) 称 出 每 种 化 合 物 的 重 量, 制 备 好 抛 光 胶 ( 见 表 A22.1). 2) 用 电 子 球 径 仪 (Strasbaugh) 检 验 透 镜 的 精 磨 球 面, 再 用 硅 脂 涂 遍 透 镜 的 精 磨 面 3) 将 硅 脂 仔 细 地 涂 遍 到 倒 角 边 缘 下 1-2mm 处 4) 在 已 车 削 好 的 球 面 夹 具 边 缘 绕 上 几 层 胶 带 纸 以 固 定 住 被 抛 光 的 透 镜 及 抛 光 材 料 凹 凸 夹 具 和 抛 光 模 的 金 属 基 体 的 曲 率 半 径 必 须 比 透 镜 曲 率 半 径 长 或 短 2mm, 以 便 容 纳 下 相 同 数 量 的 树 脂 胶 层 胶 带 纸 象 堤 一 样 绕 在 模 具 四 周 以 存 储 胶 层 在 透 镜 上 盘 胶 中 不 要 加 入 氧 化 铈 或 氧 化 锌 抛 光 粉 5) 将 搅 匀 的 胶 均 匀 地 浇 在 表 面 上 ( 深 度 大 约 为 2mm), 并 在 水 平 台 上 放 置 几 分 钟 ( 见 图 A22.1) 6) 几 小 时 后 用 手 轻 轻 压 胶 带 纸 并 检 查 一 下 胶 层 是 否 变 硬 7) 用 日 用 胡 子 刀 刮 去 透 镜 倒 角 周 围 硬 化 的 胶 后 再 取 下 透 镜 8) 用 刀 片 在 抛 光 模 上 划 一 系 列 沟 槽, 因 为 抛 光 模 干 后 会 很 快 地 吸 住 透 镜 表 面, 所 以 要 将 透 镜 从 夹 具 上 取 下 表 22.1 树 脂 1 胶 (g) 规 格 手 工 加 工 机 器 加 工 备 注 EC1614A 50 制 作 磨 模 时 加 入 50 克 的 9 坚 硬 EC1614B 50 5 号 氧 化 铝 金 刚 砂 EC1614A 40 如 果 压 重 适 当 制 加 入 50 克 氧 化 铈, 重 复 性 稍 硬 光 亮 EC1614B 40 作 夹 具 最 好 为 一 个 波 长 WC1614A 65 可 以 加 工 到 0.75适 合 于 非 球 面 加 加 入 50 克 氧 化 铈, 重 复 性 似 沥 青 EC1614B 35 波 长 工 好 EC1614A 70 可 以 加 工 到 2-3 加 工 到 2-3 个 加 入 50 克 氧 化 铈, 重 复 性 似 橡 胶 EC1614B 30 个 波 长 波 长 好 1Scotch Weld 商 标 Lot 83 抛 光 粉 : 氧 化 铈 ( 经 过 4 0 小 时 研 磨 ), 制 作 上 盘 胶 时 不 必 加 入 氧 化 铈, 并 不 影 响 效 果 我 们 已 作 了 下 列 实 验 : 加 工 直 径 为 25cm 的 校 正 板 : 按 平 夹 具 全 直 径 铸 成 三 块 韧 性 平 面, 一 块 夹 持 校 正 板, 另 外 两 块 用 来 修 磨 校 正 板 塑 料 胶 层 的 厚 度 大 约 为 2mm, 用 这 种 胶 层 胶 粘 光 学 零 件 可 以 防 止 形 成 象 散 表 面, 其 胶 的 柔 性 远 远 超 过 橡 胶 毡 垫 圈 的 柔 性 按 以 前 设 计 图 A22.1 树 脂 - 塑 料 夹 具 和 抛 光 模 第 262 页

294 附 录 附 录 22 沥 青 抛 光 模 夹 具 和 模 具 好 的 玖 瑰 瓣 图 案 用 刀 片 划 出 两 种 图 案, 如 图 A22.2 所 示, 注 意 一 种 图 案 的 轮 廓 与 另 一 种 图 案 的 轮 廓 正 好 互 补 上 图 是 0.87 带 抛 光 模 用 于 光 学 修 磨 的 初 始 阶 段 下 图 与 上 图 是 互 补 的, 用 于 消 除 过 校 正 的 球 差 这 种 方 法 从 未 使 用 过, 因 为 以 前 感 兴 趣 的 是 在 0.87 带 ( 深 为 三 个 波 长 ) 通 常 修 正 95%, 余 下 的 5% 在 自 准 直 零 位 检 验 时 通 过 修 磨 副 镜 来 得 到 弥 补 抛 光 最 好 在 研 磨 机 上 进 行, 校 正 板 装 在 弹 性 夹 具 上 并 在 转 台 上 调 整 中 心 转 台 以 2rpm 转 速 反 向 旋 转 一 个 小 型 偏 心 驱 动 装 置 使 已 开 槽 的 抛 光 模 在 校 正 板 上 以 50rpm 的 摆 速 及 5mm 左 右 的 动 程 运 动 加 工 光 学 平 晶 上 的 平 面 : 两 块 127mm 的 光 学 平 晶 -- 一 块 用 派 勒 斯 玻 璃 制 造, 另 一 块 用 光 学 石 英 制 造 并 且 用 150 号 金 刚 石 磨 轮 精 磨 过 两 者 都 用 掺 入 经 过 40 小 时 研 磨 的 氧 化 铈 塑 料 抛 光 模 来 抛 光 抛 光 时 间 4 小 时, 抛 光 模 顶 部 的 压 强 为 2g/cm 2 ( 园 形 压 块 ), 最 优 的 表 面 质 量 大 约 为 1.5 光 圈, 用 手 工 操 作 或 者 交 换 抛 光 模 与 工 件 的 上 下 位 置 也 并 不 能 得 到 更 高 的 表 面 质 量 加 工 样 板 : 一 对 口 径 为 127mm, 曲 率 半 径 为 241.5mm 的 球 面 样 板 抛 光 到 凹 1.5 光 圈 通 过 手 工 操 作 或 改 变 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 不 能 进 一 步 提 高 面 形 质 量, 但 仍 能 保 持 优 良 的 球 面 度 右 图 A22.2 修 磨 非 球 面 的 两 种 类 型 的 树 脂 塑 料 抛 光 模 的 轮 廓 上 衅 表 示 用 玖 瑰 瓣 抛 光 模 修 磨 校 正 不 足 的 透 镜 ; 下 图 表 示 用 高 的 抛 光 模 消 除 球 差 的 过 校 正 将 损 伤 的 透 镜 表 面 修 复 :254mm 视 场 的 照 相 物 镜 的 前 表 面 划 伤 后 要 重 新 修 复 首 先 从 镜 座 中 拆 出 透 镜, 用 透 镜 表 面 浇 铸 抛 光 模, 然 后 将 其 胶 在 夹 具 上 磨 模 胶 层 中 添 加 50 克 96 号 铝 砂 磨 料 ( 见 表 22.1), 而 透 镜 的 夹 具 用 弹 性 胶 层, 抛 光 模 则 用 通 用 的 沥 青 胶, 并 用 电 子 球 径 仪 检 验 表 面 的 曲 率 半 径 ( 保 证 精 确 到 10-4 mm) 抛 光 时 通 过 其 背 面 和 凸 面 形 成 的 一 个 凹 反 射 表 面 便 可 以 进 行 刀 口 检 验 研 磨 与 抛 光 前 后 都 应 用 刀 口 进 行 检 验 抛 光 前 后 的 形 状 接 近 球 面, 被 检 验 透 镜 系 统 与 原 来 的 检 验 图 形 进 行 比 较, 不 应 出 现 明 显 的 变 化 制 作 弹 性 非 球 面 磨 具 : 一 块 用 石 英 制 成 的 160mm,f/0.7 的 施 密 特 照 相 机 的 校 正 板 ( 以 前 用 冕 牌 玻 璃 制 造 ) 在 0.87 带 的 斜 率 偏 离 量 大 约 为 0.2mm 深 柯 克 斯 兄 弟 加 工 校 正 板 的 方 法 记 载 在 英 国 天 文 协 会 期 刊 第 50 卷 p61-68(1939 年 12 月 ), 而 且 在 业 余 望 远 镜 制 造 第 三 册 (Sci. Am) 第 三 卷 p 再 次 刊 载 将 校 正 板 先 作 成 平 凸 透 镜, 用 带 槽 的 瓷 砖 磨 具 将 凸 面 的 0.87 环 带 磨 低 采 用 沥 青 胶 胶 上 瓷 砖 而 制 成 的 玖 瑰 瓣 形 状 的 弹 性 平 模 制 造 陡 度 大 的 非 球 面 时 采 用 玖 瑰 瓣 磨 具 作 为 抛 光 模 优 于 用 由 海 棉 橡 胶 支 承 瓷 砖 ( 不 论 瓷 砖 下 是 否 用 显 微 镜 盖 玻 片 支 承 ) 用 开 槽 沥 青 抛 光 模 细 磨 校 正 板 表 面 时 在 焦 平 面 上 放 一 块 格 栅 就 可 得 到 一 幅 极 好 的 完 全 校 正 的 图 象 在 介 绍 柯 克 期 兄 弟 的 制 造 方 法 中 ( 第 三 册 ) 有 关 于 这 方 面 的 叙 述 校 正 板 先 略 微 涂 些 油, 然 后 揩 干, 使 表 面 呈 半 透 明 状, 再 放 入 自 准 直 装 置 中 这 块 细 磨 的 非 球 面 可 用 于 浇 铸 成 型, 掺 有 氧 化 铈 的 弹 性 抛 光 模 ( 用 于 前 浇 铸 的 抛 光 模 不 能 在 非 球 面 上 顺 利 地 抛 光, 因 为 它 会 被 校 正 板 卡 住 ) 用 小 型 电 烙 铁 将 沥 青 胶 滴 在 弹 性 抛 光 模 上 形 成 沥 青 小 块, 有 利 于 光 学 抛 修 过 程 中 改 变 抛 光 模 的 轮 廓 形 状 可 以 得 出 下 述 结 论 : 用 掺 有 抛 光 粉 的 树 脂 - 塑 料 抛 光 模 在 勺 式 进 给 悬 浮 液 抛 光 中 很 适 宜 于 第 263 页

295 附 录 附 录 22 沥 青 抛 光 模 夹 具 和 模 具 抛 光 平 面 与 球 面 应 注 意 不 能 让 抛 光 模 变 干, 否 则 会 形 成 桔 皮 型 的 抛 光 面 ( 光 学 表 面 的 手 工 抛 光 并 非 总 是 成 功 的 ) 成 型 的 抛 光 模 有 极 好 的 稳 定 性, 能 使 在 抛 光 过 程 中 保 持 轮 廓 不 变 两 种 化 合 物 最 后 混 合 时 若 加 入 压 缩 的 弗 里 昂 或 二 氧 化 碳 气 体 有 助 于 形 成 微 孔 结 构 参 考 文 献 : D.F.Horne, Optical Production Technology (Crane, Russak & Company, Inc., New York. 1972), Sec.8.9 p.235. H.W.Cox and L.A.Cox, Amature Telescope Making, Book Three (Scientific American, Inc., New York, 1953), Vol.3, pp 第 264 页