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光学镜头的结构设计与装配工艺
- 2020-12-05-

      众所周知,光学设计对于高端镜头来说是非常重要的,但如何将一个好的光学设计转化为产品才是关键。然而,镜片(尤其是高端镜片)是如何制造、组装和测试的?结合实际工作经验,以中倍显微镜物镜为例,对透镜的光学冷加工、结构设计和装配工艺进行了简要论述。

     光学冷加工:很多从未去过光学冷加工车间的朋友对光学镜片的加工工艺非常好奇。光学冷加工实际上是对具有石材形状的光学玻璃原材料进行切割、粗磨、精磨、抛光、磨边、涂布、胶合等工序,最终得到符合图纸要求精度的光学镜片。

具体的光学冷加工工艺在此不作详细说明,但主要介绍目前我国光学透镜的一般加工精度

1.外径公差约为-0.02~0;

2.中心厚度公差:±0.02;

3.偏心距:约2′;

4.孔径:约3;

5.局部孔径:约0.3;

6.反射率小于5.0%的减反射膜。

注:此处给出的光学公差仅供一般参考。另外,需要注意的是,公差标识越紧,加工难度越大,车间废品率越高。对于需要考虑成本的镜头,需要结合公差分析结果仔细权衡。

结构设计

1.参照装配图,改装后的镜片主要分为前组、中组1、前压盖、中2组、后组、间隔片、镜体、物镜壳、压环、弹簧、后膜片等。

2.这种设计有五个镜头。第一透镜固定在前组,第二透镜和第三透镜粘在一起固定在第一组中,第四透镜固定在第二组中,第五透镜固定在后面组中。

3.隔环放在镜体内,然后由压力环压紧。物镜外壳和前压力盖在镜体外旋转。透镜体与物镜壳之间装有弹簧(保护样品),后膜片在物镜壳内旋转。

4.有人一定会问:为什么要把镜头固定在前组、中间组、第二组和后面组,而不是直接放在镜头体上?这是因为前者可以获得更高的同轴度。它利用光学中心仪先确定前组的机械轴(前组的加工要求很高,所以需要“一刀切”),然后移动透镜,使透镜的光轴与前组的机械轴同轴,然后粘合、曝光和固定。

5.前总成、中总成、后总成与镜体配合间隙越小越好。前组、中组、后组的外径公差和内径公差可标注在5um左右。

6.第二组与镜体的间隙约为0.1~0.2,以预留昏迷调整的余量。

7.在前一组,第一组,第二组,和后一组,在隔膜中有线来减少杂散光。

装配工艺

对于这种透镜,装配透镜的过程就是调整像差(球差、彗差、像散、场曲率、畸变、两种色差)。这里主要介绍工厂常用的“星点法”。

星点法是利用透射光照射一块镀铝膜的玻璃板(铝膜很薄,有些部分是透明的),然后用待调透镜通过显微镜系统观察。理论上,如果透镜没有像差,那么在目镜场中看到的衍射点应该是带有几个非常细的圆环的airy点。因此,透镜调整过程是一个实时观察衍射图样形状并同时改变透镜参数的过程。对于那些有着丰富调镜经验的教师来说,他们可以看到镜头中存在什么样的像差以及如何调整,对初学者来说很难。


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