总装调对心干涉仪的设计与测量精度分析

　　1　概　述

　　光学系统各分立元件的对心质量直接关系到整个系统的最终成像质量,它是高质量光学成像系统需解决的主要问题之一。对于日益发展中的空间光学系统而言更为重要。由于目前采用的自准直望远镜目视观察法已无法满足空间光学系统的装调精度要求,因此寻找一种高精度的对心方法已势在必行。总装调对心干涉仪是为这一目的而研制的,它用于大口径光学系统的分立元件的中心偏检测,是完成空间光学系统装调工作的必备设备之一。

　　2　仪器的测量原理

　　本仪器利用干涉的原理,通过对干涉条纹移动量的判读,计算出被检镜相对精密转轴的偏心量。仪器的测量原理如图1所示。光源(激光器)发出的光经调焦准直镜、偏振片、反射镜及半五棱镜,入射到偏振分束棱镜上。在偏振分束棱镜的分束面上,一部分光透射另一部分光反射,从而形成两束光。这两束光在经过半五棱镜及λ/4波片后入射到反射镜M1和M2上,调整反射镜使光线垂直入射到被检镜的表面,光束按原路返回。光束两次通过λ/4波片,偏振方向改变90°,反射回来的两束光经偏振分束棱镜后又合为一束光,经检偏器发生干涉,用CCD摄像机接收这一干涉条纹,在监视器上观察干涉条纹的变化。测量时,被检镜放在精密转台上,干涉仪放在转台上方的龙门架上。如果被检镜光轴与精密转台的转轴不重合,则在转台转动时,在被检镜两光点处会有相对位移,在监视器上可观察到条纹发生移动,记录下条纹的移动数目,计算出两光点处的相对位移量,进而可知被检镜的偏心量:

　　式中,x为偏心量;N为条纹移动数;R为被检镜曲率半径;L为被检镜上的两光点间的距离;λ为波长。

　　3　仪器的技术要求

　　(1)仪器应满足口径为200～500 mm球面镜和轴对称非球面镜的测试。

　　(2)仪器各部件装配应稳定可靠,有较好的防震性。运动部件调整应灵活且有较高的灵敏度,便于干涉条纹的调整观察。

　　(3)仪器结构应紧凑便于安装。

　　(4)偏心测量精度为1μm。

　　4　工艺措施

　　机械结构的设计重点是在平面反射镜M1,M2的调整和偏振分束器及半五棱镜的安装调整和固定上。

　　4.1　分光系统的结构设计

　　对由分束器和四个半五棱镜组成的分光系统来说,光线在其内部的折反次数较多,对每个分立组件之间的距离角度要求都很严格,而设计可运动的调整机构又受到尺寸的限制,为此采用提高机械部件形位公差的方法,将每一个半五棱镜的周边紧靠在框架上,其位置误差完全取决于框架的平行度和垂直度。做四个平行度较高的调整用的量块,置于图2所示的位置,以确定偏振分束棱镜的位置,这样可以保证偏振分束棱镜与每个半五棱镜的间距和平行度。调整完毕后点胶,并加顶盖固定。反复调整,以达到预期的效果。