反射式光学系统中心偏的测量

　　1　引　言

　　光学中心偏是光学仪器制造误差中一项对整机光学装配质量影响较大,同时也较难控制的误差。中心偏的存在破坏了光学系统的共轴性,导致成像质量的下降[1]。光学中心偏测量仪就是为精确测定并严格校正光学系统中心偏误差而设计的仪器。然而,中心偏测量仪的设计是建立在折射式光学系统的基础之上的[2],并不完全适用于反射式光学系统。反射式光学系统对反射镜的共轴性要求是相当高的,必须对中心偏进行精确测量以保证最终光学系统的成像质量。梁庆丰等人对此进行了研究[3],提出了一种反射式非球面光学系统的装校方法,但该方法是建立在离轴测量的基础之上,无法使用传统的中心偏测量仪,也不适用于具有折反形式的光学系统中心偏装校。

　　2　测量方案

　　在折射式光学系统中心偏的测量过程中,透镜上下表面是作为一个整体进行调整的,即对上表面的偏心调整会影响到下表面的偏心结果。由于折射式光学系统的透镜数量通常情况下不止一个,因此都是以第一片透镜的上下表面球心连线为基准,以此为系统光轴调整后续镜片。显然,这种方法在反射式光学系统中不再适用。这主要体现在三个方面。第一,反射镜的工作面只有一个,反射面的背面没有抛光,无法在定心仪中找到对应的球心像;第二,非工作面与工作面之间并没有给出严格的边厚差指标,即使在定心仪中能找到与非工作面对应的球心像,也不能以反射镜前后两个面的球心连线作为光学系统的光轴;第三,由于反射镜只有一个工作面,因此不能像透镜那样运用小半径调平移、大半径调倾斜的原则,也就无法保证反射镜装调的正确性。图1显示了透射式与折射式光学系统中心偏测量的区别。透射式系统一般由多片透镜组成,在计算系统的中心偏时,需要拟合一条最佳基准轴O′O′[4],而反射式系统一般只有两个面,不能拟合,必须以机械回转轴OO为基准。

　　中心偏测量仪利用的是自准直测量原理,要想仅依靠该原理将次镜调整到图1(b)所示的理想位置几乎是不可能的,因为只要次镜的球心位于机械回转轴OO上,测得的中心偏即为零,因此就会出现图1(c)所示的情况。为了克服这一缺点,需要用到定心仪的望远镜功能。首先利用自准直原理找到次镜的球心像,转动转台,使其作划圆运动,倾斜次镜,直到顶点不再划圆为止,此时的情况如图1(c)所示。然后通过对定心仪进行调焦,找到次镜的球心顶点,转动转台,使其作划圆运动,平移次镜,直到顶点不再划圆为止,此时的情况如图1(d)所示。然后再用自准直原理观察次镜球心像,倾斜次镜,直到球心像不再划圆为止。如此反复,直到两个像均不再划圆,说明次镜已调到与机械回转轴OO重合,如图1(b)所示。