用于加工矩形离轴非球面镜的镜体制造技术

本实用新型专利技术一种用于加工矩形离轴非球面镜的镜体，包括矩形离轴非球面镜坯、圆柱形配框，圆柱形配框上设有矩形通孔，矩形离轴非球面镜坯的几何中心到圆柱形配框轴心线的水平距离等于非球面离轴镜的离轴量，矩形离轴非球面镜坯与矩形通孔之间通过光学胶粘结构成回转对称结构，其特征是：拼接后的回转对称结构的上表面为凹球面，其凹球面球心在圆柱形配框的圆柱轴心线上，其球面口径等于圆柱形配框直径，其球面曲率半径等于矩形离轴非球面母线方程的顶点与其母线方程上口径等于1.414倍球面口径处的第一点、第二点所构成的三角形的外接圆的半径。本实用新型专利技术解决了现有技术中边缘效应的影响问题，提高了非球面加工的效率，降低了加工难度。

Mirror body for processing rectangular off-axis aspherical mirror

The utility model relates to a rectangular body for processing from the mirror axis aspheric mirrors, including rectangular off-axis aspheric mirror blank, cylindrical distribution box, with a cylindrical frame is provided with a rectangular hole, the horizontal distance from the center to the rectangular geometry with cylindrical axis aspheric mirror blank frame axis is equal to the amount of off-axis aspheric surface the off-axis mirror, between rectangular off-axis aspheric mirror blank with rectangular holes through the optical adhesive structure of rotary symmetrical structure, and is characterized in that the upper surface of the rotary symmetry structure after stitching is a concave spherical surface, the concave spherical center in the cylindrical axis with cylindrical box, its diameter is equal to the diameter of cylindrical spherical distribution box and the radius of curvature is equal to that of a rectangular from the vertex with its generatrix equation of axis aspheric equation on bus diameter equal to 1.414 times the diameter of the spherical first point, second point triangle circumcircle radius . The utility model solves the problem of the influence of the edge effect in the prior art, improves the processing efficiency of the aspheric surface, and reduces the processing difficulty.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光学元件的加工坯料，具体涉及一种用于加工圆锥常数K<0的凹二次非球面镜离轴镜的镜体。
技术介绍
利用离轴非球面镜架构的光学系统具有组件少、无遮拦、长焦距、大视场、宽波段、抑制杂光能力强、调制传递函数高等特点，是空间光学系统、天文学和高精度测量系统不可或缺的光学器件。三镜反射系统是其最典型的应用，作为空间望远镜的核心部件，可以避免中心遮拦，还能减少系统体积和重量，同时提高系统的成像质量。鉴于以上优点，研究开发新的非球面光学元件的加工技术一直是光学加工领域研究的一项重要任务。离轴非球面镜作为非球面的一部分，自身不具备轴对称性，是一种典型的自由曲面光学元件，这种形状给加工带来了困难。同时，离轴非球面镜的应用领域决定了它需要达到超精密加工要求，即不仅要求具有纳米量级的表面粗糙度，更要求具有微米甚至亚微米的面形精度。目前，普通非球面镜一般采用金刚石切削、研磨和抛光等技术加工，可达到超精密加工的要求。单点金刚石切削可实现光学质量表面的单工序加工，不需要研磨等复杂的后续工序；随着快刀和慢刀伺服的出现，为主轴的转动角度添加了反馈或控制，可实现离轴非球面的高效加工，目前非球面光学元件的制造技术已从传统的手工修改球形表面发展到计算机控制确定性的加工过程。尽管目前已经发展了诸多如此先进的技术，然而其高度依赖精密复杂结构的仪器设备，众所周知这些高精密光学加工仪器设备又严重依赖进口，其设备价格昂贵且设备使用后期维护成本高，只有国内少部分科研机构或者大型企业有实力使用这些设备来加工离轴非球面。实际上在我国光学加工领域，采用最多的技术路线依然是如附图4所示，依据非球面方程11先制造出与非球面相比最为接近的球面12，然后依靠精密研磨、精密抛光等工序，多周期修正最接近球面与非球面的偏差量，直至最终得到图纸设计要求的非球面13。衡量每一过程加工质量的指标是：面形误差的收敛速度、下表面破坏层深度的控制、边缘磨削量的控制即边缘效应的去除。上述环节解决的好坏将直接影响到被加工工件的表面质量，处理好这些技术难点多年来一直为各国光学技术人员所关注。然而，在传统研磨工艺中,保持压力恒定，靠控制磨头在工件表面的驻留时间来控制去除量，当磨头移动到工件边缘而不露边时，由于最边缘区域的相对加工时间小于中间区域，则去除量减少，工件发生“翘边”；反之，当磨头部份露出工件边缘时，由于相对压力增大，使边缘区域去除量增加，工件发生“塌边”，离轴非球面镜尤其是矩形口径离轴非球面镜或者多边形口径离轴非球面镜，其边缘呈直线分布，且直线上各个点的面形误差不具有旋转对称性使得其边缘问题处理更为困难。除此之外，二次凹非球面K<0时，离轴非球面拼接为回转对称非球面母镜的加工技术中，先在拼接后非球面母镜上加工出最接近球面然后通过研磨工艺修正为非球面，相比最为接近的球面的回转非球面母镜的材料去除分布曲线为W形，如图6中曲线16所示，材料去除分布在母镜口径0.707处最低，中心和边缘高。在研磨0.707带外的边缘时由于边缘效应的存在若磨盘不出边则最低带慢慢向外边缘移，随着最低带外移磨盘尺寸逐渐减小相应去除效率也减小；若磨盘出边则在工件边缘塌边，塌边后即在边缘很窄的带内出现一个误差峰值，如要去除这个峰值需要花费大量的精力相应去除效率也减小。正是由于边缘效应的存在，以往的最接近球0.707带外的误差非常难处理。若在研磨阶段工件0.707之外边缘处理不好会严重影响到后期的抛光进程，严重阻碍面形误差收敛,在一定程度上影响了非球面加工的效率和增大了加工难度。在传统的工艺中处理边缘效应的技术方案有一下两种，1.直接研磨，随着镜面上最低带的外移逐步缩小研磨盘的尺寸，经过多次反复加工外边缘的误差逐步缩小，这种加工方式会在处理边缘上耗费大量的时间，且由于使用的磨盘逐步变小容易磨出更多的高低起伏的碎带，严重影响抛光阶段边缘面形误差的收敛速度；2.加大回转非球面圆柱直径尺寸，研磨阶段处理镜面0.707外边缘翘边所产生的碎带位置出现在离轴非球面子镜位置之外，这种加工方式实际上是加工了一个口径比实际要求口径大的非球面，把与研磨抛光过程中边缘问题留在离轴非球面子镜之外的母镜上，显然增加了材料成本，延长了加工周期。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是提供一种用于加工矩形离轴非球面镜的镜体，用于加工圆锥常数K<0的凹二次非球面镜离轴镜，不需要依赖高精复杂仪器设备，不需要花费特别精力处理离轴非球面子镜边缘误差，以解决在研磨阶段受边缘效应影响导致工件边缘处理效率低的技术问题。为达到上述专利技术目的，本技术采用的技术方案是：一种用于加工矩形离轴非球面镜的镜体，用于加工圆锥常数K<0的凹二次非球面镜离轴镜，包括矩形离轴非球面镜坯，用于将矩形离轴非球面镜坯拼接为回转对称结构的圆柱形配框，位于圆柱形配框上用于嵌套矩形离轴非球面镜的矩形通孔，其中矩形离轴非球面镜坯的几何中心到圆柱形配框轴心线的水平距离等于非球面离轴镜的离轴量，矩形离轴非球面镜坯与矩形通孔之间通过光学胶粘结构成回转对称结构，拼接后的回转对称结构的上表面为凹球面，其凹球面球心在圆柱形配框的圆柱轴心线上，其球面口径等于圆柱形配框直径，其球面曲率半径等于矩形离轴非球面母线方程的顶点与其母线方程上口径等于1.414倍球面口径处的第一点、第二点所构成的三角形的外接圆的半径。上述技术方案中，所述的第一点和第二点是回转非球面母线上1.414D口径处分别位于回转轴两侧的两个点。上述技术方案中，所述圆柱形配框上的矩形通孔与矩形离轴非球面镜坯之间的接触缝间隙宽为0.5至1毫米。进一步的技术方案，包括用于定位并控制拼接缝间隙的塑料薄片，所述塑料薄片通过光学胶粘结于矩形离轴非球面镜坯与矩形通孔的接触缝间隙中。优选的技术方案，所述的矩形通孔侧壁相交棱处设置有圆形通孔，其圆形通孔的轴心线位于矩形通孔侧壁相交棱上。进一步的技术方案，矩形离轴非球面镜坯底部和圆柱形配框底部设置有圆柱形背板。所述圆柱形背板是厚度为3至6毫米的窗玻璃板。由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点：传统用于加工矩形离轴非球面镜的镜体的上表面为最接近球面，加工时通过研磨加工非球面，在将最接近球面改为非球面的过程中，由于边缘效应影响使工件边缘去除量难以控制，严重阻碍面形误差收敛，在一定程度上影响了非球面加工的效率，增加了加工难度；本技术通过设置上表面为起始球面，克服了上述技术问题，实现了不依赖高精复杂仪器设备，不需要花费特别精力处理0.707带外边缘误差，只需加工出本技术所述的起始球面，按照传统的工艺即可迅速完成后期光学加工的技术效果，特别适用旋转对称凹二次非球面离轴镜光学元件的加工。本技术克服了传统加工工艺中以最小材料去除量为目标设计加工起始球面的技术偏见，通过刻意增加材料去除量的方式设计出的起始球面材料去除量在整个工件上呈现从边缘到中心逐渐增大的分布；用较大尺寸研磨盘配合高工件转速可以轻而易举的将其去除，克服了传统加工修正W形误差带受边缘效应易产生碎带影响误差收敛慢的技术问题。附图说明附图1为本技术实施例中离轴非球面镜坯拼接为圆柱形回转体的结构示意图；附图2为拼接后的回转体前视图；附图3为矩形通孔相交棱上圆形通孔示意图；附图4为现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加工矩形离轴非球面镜的镜体，用于加工圆锥常数K<0的凹二次非球面镜离轴镜，包括矩形离轴非球面镜坯(1)，用于将矩形离轴非球面镜坯拼接为回转对称结构的圆柱形配框(2)，位于圆柱形配框上用于嵌套矩形离轴非球面镜的矩形通孔(3)，其中矩形离轴非球面镜坯的几何中心到圆柱形配框轴心线的水平距离等于非球面离轴镜的离轴量(4)，矩形离轴非球面镜坯与矩形通孔之间通过光学胶粘结构成回转对称结构，其特征在于：拼接后的回转对称结构的上表面为凹球面，其凹球面球心在圆柱形配框的圆柱轴心线上，其球面口径等于圆柱形配框直径，其球面曲率半径等于矩形离轴非球面母线方程的顶点(5)与其母线方程上口径等于1.414倍球面口径(8)处的第一点(6)、第二点(7)所构成的三角形的外接圆的半径。

【技术特征摘要】
1.一种用于加工矩形离轴非球面镜的镜体，用于加工圆锥常数K<0的凹二次非球面镜离轴镜，包括矩形离轴非球面镜坯(1)，用于将矩形离轴非球面镜坯拼接为回转对称结构的圆柱形配框(2)，位于圆柱形配框上用于嵌套矩形离轴非球面镜的矩形通孔(3)，其中矩形离轴非球面镜坯的几何中心到圆柱形配框轴心线的水平距离等于非球面离轴镜的离轴量(4)，矩形离轴非球面镜坯与矩形通孔之间通过光学胶粘结构成回转对称结构，其特征在于：拼接后的回转对称结构的上表面为凹球面，其凹球面球心在圆柱形配框的圆柱轴心线上，其球面口径等于圆柱形配框直径，其球面曲率半径等于矩形离轴非球面母线方程的顶点(5)与其母线方程上口径等于1.414倍球面口径(8)处的第一点(6)、第二点(7)所构成的三角形的外接圆的半径。2.根据权利要求1所述的用于加工矩形离轴非球面镜的镜体，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，郭培基，范建彬，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32