大视场平行光管光学系统的研制

　　1　引　言

　　一般的平行光管,其视场角大多在±1°左右;而检测战斗机仪表的平行光管,其视场角需达到±15°。要达到如此大的视场要求,则必须对其光学系统做特殊的设计,同时对加工的要求也比较高。为满足上述要求,现主要从物镜组的设计、玻璃材料的选择、镀膜、检验和装配组合等几个方面来介绍一种特大视场平行光管光学系统的研制。

　　2　物镜组的设计

　　2.1　初始结构设计

　　此平行光管主要作为角度测量的仪器,视场角设计为±15°,属于大视场基准平行光管,相当于平显仪,其特点是视场特大、精度较高、物镜组重量较大。针对设计的需求,选择采用了如图1所示带有调焦机构的四分离式透镜支撑结构[1]。

　　2.2　利用Zemax软件进行优化设计

　　(1)软件介绍

　　Zemax是一套综合性的光学设计软件,它集成了光学系统的概念、优化设计、公差分析和文档整理功能,具有直观、灵活、快速和容易使用等优点。

　　(2)利用Zemax进行优化设计

　　利用Zemax软件对四分离式物镜组的精度进行优化设计计算,优化设计后的结果见图2~图4[2]。图2为经过Zemax软件优化后的光路图,设计的物镜组通光口径为Φ100mm、焦距为369.6mm,视场角达到±15°。

　　从图3像斑点列图可以看出,像斑点均比较小。图4是场曲/畸变,数值均比较好,完全符合平行光管的精度要求。

　　3　加工材料的选择

　　对采购的玻璃材料采用GB903-87标准进行检验,检测其内部是否有瑕疵,主要从ΔnD、Δ(nF-nC)、均匀性、应力消除、光吸收率、条纹消除程度、气泡度等几个方面进行检测,其检测原理如图5所示。

　　4　分划板的设计与刻制

　　分划板在整个光学系统中占有很大的比重,由于镜片在磨制过程中,不可避免的会产生一定的误差,因此在制作分划板前,必须先对其刻线进行精确计算,然后按照计算出的数值进行刻制,以消除上述误差。分划板制作时,先在玻璃上镀铬,经过烘烤后上感光胶,然后采用照相显影刻划工艺进行刻制。

　　5　物镜的镀膜

　　为满足要求,对每个物镜面镀氟化镁高增透膜(单点多层),在设计的波长范围(486. 1 ~656.3nm)内透射率≥99.5%.

　　6　装配组合要点

　　光学系统在装配组合时,应注意以下几点:

　　6.1　保证所有透镜的光学中心在一条直线上

　　(1)装配时,各透镜间的隔圈要研磨,保证达到公差要求;

　　(2)与透镜相配的零件内径,经实测透镜外径后,再确定其精确直径,并精车加工,以保证既同心又有适当的间隙,从而保证热胀冷缩不影响成像的质量;