基础光学工艺.3第十三章 转向屋脊棱镜

第十三章转向屋脊棱镜

已经设计了许多带90°屋脊

棱镜用于观察仪器。这类屋脊棱镜

使象上下颠倒和左右反转，同时可

以在45°到120°范围内以各种角

度偏转视线。最常用的转向屋脊棱

镜是45°（施密特）、60°（2号军

用夫兰克福德）、80°、90°（阿米

西）、115°、120°（1号夫兰克福

德）棱镜。五角棱镜是一种特殊情

况。显然，经棱镜后的视线可以根

据仪器的要求设计其偏转角。记住

任何一种带90°屋脊角的转向棱

镜均称为阿米西（90°）棱镜。这

种棱镜的制作方法与其他的屋脊棱

镜的制造方法相同，但是入射面与图13.1 典型的90°转向棱镜施密特（45°）、

出射面间的夹角却有差别（见图13.1） 2号夫兰克福德（60°）、阿米西（90°）、1号

夫兰克福德（145°）和（120°）

1．玻璃的均匀性

玻璃的均匀性、气泡、条纹等等的检验是重要的。第五章已详细地讨论了均匀性的检验方法，必须强调在三个方向检验玻璃毛坯。

由生产厂检验合格的玻璃，即使属于1-A级且符合JAN174-AI标准的规定也必须再作检验。我记得了“了解他使用的玻璃”，结果使一批直角棱镜报废。在干涉仪上检验时这些无法挽回的棱镜，因有细小的条纹，不能满足OPD（光程差）小于1/4λ的要求。

玻璃毛坯在布朗查德铣磨机或其他允许坯料翻转加工，如果仔细操作，可以达到极好的平行度。大多数棱镜都有两个互相平行的侧面，所以第五章介绍了玻璃成型毛坯三种特殊的检验方法。平行平板有面形质量为两个波长、平行度高于15″的两个粗抛光表面。与标准角度棱镜光胶的表面的面形质量应优于1个波长（由大的玻璃毛坯上切下的单个棱镜，其面形质量与大棱镜有比例关系）。一个较好的抛光侧面应作为检验棱镜反射角的90°侧面角的参考面。菲索干涉仪用于检验平行平板的平行度（见第十四章）。

2．切过程

经均匀性检验得到无条纹或无其它缺陷的毛坯或圆盘

后，道德切划两块方的平板玻璃用来保护两个抛光表面。用

低熔点沥青胶在抛光表面间粘上一张透镜纸（见附录3）。简

单地说，放在石棉板上的玻璃毛坯用可调电炉缓缓加热到

85℃，平板玻璃片大的玻璃毛坯一起加热，在毛坯的一个面

上轻轻地涂上一层沥青胶，然后放上一张透镜纸，再盖上一

片保护玻璃。翻转玻璃组件，再把第二片保护玻璃粘于玻璃

毛坯上。注意：操作时应戴上棉手套，因为厚的玻璃毛坯太

热不能用赤裸的手操作。还应避免水或潮湿毛巾接触高热玻璃，图13.2 从粗抛光的平行平板锯

否则因应力集中而使玻璃毛坯炸裂。切棱镜的一种排样方法玻璃组合件冷却到室温后，贴上大的防水胶带纸。用硬纸板或聚酯薄剪出留有余量的棱镜

板，根据模板在胶带纸上用墨水笔划线、排样。排样时应使排下的棱镜数为最多，而玻璃的消耗量为最少。可以分几次锯切，第一次一般切割两条正交线，将组件切割为四块。因为要根据棱镜的切割数目、大小及形状决定毛坯的尺寸，不可能有一种固定的高效切割规范，但必须确保棱镜切割方便。如果按下列排样形式：先锯成加长的长方体，再锯成许多立方体（一个立方体两块棱镜），锯切操作就方便多了。然后再沿斜边锯开立方棱镜。图13.2说明了从平行平板锯切棱镜毛坯的一种方法。保护片仍然留在棱镜上，因为在以后的工序中，保护片可以防止玻璃碎裂，并保护了棱镜的抛光面，而且在手工粗磨时，还加大了工作面。

3．粗磨成形

用320号碳化硅金刚砂粗磨棱镜的三个面，除去锯切时留下的小凸痕。在这个阶段，一般用手工将大的阿米西棱镜粗磨成形。但有90°屋脊角的小型转向棱镜必须铣磨成形。如图所示的阿米西型棱镜，其入射面与出射面的尺寸为50.4mm。平行平板的厚度确定了棱镜的厚度，并形成了90°屋脊角，需要的工具是一把90°机械角尺和一块45°精密铜卡板（见图13.3棱镜的最后成型）。以选定的胶有保护玻璃的表面作参考面，磨平90°角的一个面，用直角尺按光隙法检验90°侧面角。细磨第二面时，必须检验与棱镜第一个细磨面所形成的90°角及90°侧面角，用直角尺检验两个90°角。以上三个角均用光隙法相互检验。用同一个参考面（参考面上贴保护玻璃片）是有利的，并用金刚钻划线器在参考面上作上记号，使之不致混淆。

用320号碳化硅金刚砂在平模上细磨斜面，并用精密的45°角，最后细磨时为了修正误差应在需要处施加压力。按已作记号的参考面用90°角尺检验90°侧面角。两个45°角及其90°侧面角都必须用角规和90°角尺通过光隙检验。将所有的锐棱作轻度倒角此时一块直角棱镜加工完毕。

4．小平台的制作

首先在90°顶角作一个小平台用作检验棱镜高

度的参考基准。图13.3说明小平台的制作顺序。应

该注意，不合理的过分严格的公差是无益的，棱镜的

公差为±0.25mm的制作成本比公差大的制作成本高

一倍。装调工人组装棱镜时，由于棱镜引起光程长度

的变化，可以垫以软木垫片和拧动物镜筒的螺丝来调

整焦距的变化，所以过分严格的公差是不必要的。

用低熔点沥青胶将研磨过的棱镜粘结在平模上。

由测量平台（a）的宽度来控制应磨掉的玻璃量（见

图13.3）。用平台（a）的宽度控制45°面的高度和棱图13.3 阿米西棱镜及类似阿米西棱镜的最后90°屋脊角，而任何其他方法都是费时的。镜的带有90°屋脊的转向棱镜上的各（a）的宽度公差小于其下公差值0.025mm左右。铣个关键平台及反射角表面

磨出平台生用225号刚玉砂细磨。再检验该平台面

与底面的平行度并将平台的宽度磨到名义公差值。

加工的小平台在图13.3中用NO.2和NO.3标出。当90°屋脊角完工后，这两个面呈等边三角形。将棱镜90°面中的一个面用沥青胶胶粘到平模上，铣磨斜面的尖角直到大于上公差0.25mm为止。在夹具上用145号刚玉磨料细磨这些表面，然后用深度分厘卡检验平行性。检验时应确保在被测量的平台上不存在沥青胶。翻转棱镜，用类似的方法进行粗磨和细磨。细磨的余量是为了提高表面质量，并使之与平台的平面平行。